一种可能的新CRISPR工具——ScCas9

　　

最近刚被授予诺贝尔奖的基因组编辑系统CRISPR已经成为医学研究中极为重要的工具，并最终可能在农业、生物能源和食品安全等领域产生重大影响。

靶向系统可以在短RNA序列引导下，到达基因组上的不同点，在那里， 由Cas9切割酶进行所需的编辑。

然而，尽管基因编辑工具取得了相当大的成功，CRISPR-Cas9在基因组上可访问的位置数量仍然有限。

这是因为CRISPR需要一个位于基因组目标位置两侧的特定序列，称为原间隔区邻接基序（PAM），使其能够识别该位点。

例如，使用最广泛的Cas9酶，化脓链球菌Cas9（SpCas9）需要两个G核苷酸作为其PAM序列，这大大限制了它可以靶向的位置数，其在基因组上的位置数在9.9%左右。

到目前为止，只有少数CRISPR酶对PAM的要求很低，这意味着它们能够针对更广泛的位置。

现在，由MIT媒体实验室教授、分子机器研究小组负责人Joseph Jacobson领导研究发现了一种Cas9酶，它可以针对基因组上几乎一半的位置，大大拓宽了它的潜在用途。他们在《Science Advances》上报告了他们的发现。

“CRISPR就像一个非常精确和高效的邮政系统，它可以非常精确地到达你想去的任何地方，但前提是邮政编码以零结尾，”Jacobson说。“因此，它非常准确和具体，但它极大地限制了可以前往的地点数量。”

为了开发一个更通用的CRISPR系统，研究人员采用计算算法对细菌序列进行生物信息学搜索，以确定是否有任何类似的酶对PAM的要求较少。
为了进行搜索，研究人员开发了一个数据分析软件工具，他们称之为SPAMALOT（通过靶标对准搜索PAMs）。

这揭示了一些有趣的可能的酶，但没有明确的胜出。因此，研究小组随后在实验室制造了合成版的CRISPRs，以评估其性能。

他们发现最成功的酶，来自犬链球菌（ScCas9）。“这种酶看起来和最初发现的Cas9酶几乎一样……但它能够靶向常用酶无法到达的DNA序列，”共同的主要作者Pranam Chatterjee说。

这种新的酶不需要两个G核苷酸作为其PAM序列，只需要一个G，就可以在基因组上打开更多的位置。这将使CRISPR能够针对许多以前系统无法触及的疾病特异性突变。例如，一个典型的基因长度约为1000个碱基，如果研究者的目标仅仅是将整个基因敲除，那么研究人员就可以在许多不同的位置进行定位。然而，许多疾病，如镰状细胞性贫血，由单一碱基突变引起的，使其更难靶向。

“碱基编辑不仅仅是把基因打到超过1000个碱基的任何地方并把它敲出来；它是一个进入并以非常精确的方式修正你想要改变的那一个碱基的问题，”Jacobson说。“你需要能够去那个非常精确的位置，把你的CRISPR机器放在它旁边，然后用一个碱基编辑器——另一种附着在CRISPR上的蛋白质——进去修复或改变碱基。”

新的CRISPR工具在这类应用中可能特别有用。

研究人员现在希望利用他们的技术来寻找其他酶，在不降低精确度的前提下，进一步扩大CRISPR系统的靶向范围。

原文检索：Minimal PAM specificity of a highly similar SpCas9 ortholog

（生物通：伍松）