从12个增加到了近1500个，PNAS发现潜在的新基因编辑工具

最近发现的crispr相关转座子(cast)可能比基于CRISPR-Cas的转座子带来更强大的基因编辑技术，因为它们能够将基因或整个DNA片段插入到基因组中。现在，德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的一个团队已经将可能的cast的数量从大约12个增加到近1500个，为研究人员提供了大量潜在的新工具，用于大规模基因编辑。

　　

几乎没有什么进展像CRISPR-Cas系统的发现那样震撼生物技术世界，也没有什么进展像CRISPR-Cas系统的发现那样引起如此大的轰动。CRISPR-Cas系统是基因编辑领域的一项突破，在2020年获得了诺贝尔奖。但是这些自然发生在细菌中的系统是有限的，因为它们只能对基因进行微小的调整。近年来，科学家们在细菌中发现了一种不同的系统，鉴于其在基因组中插入基因或整个DNA片段的独特能力，这种系统可能会带来更强大的基因编辑方法。

德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的一项新研究极大地增加了这个系统的自然发生版本的数量，为研究人员提供了大量潜在的新工具，用于大规模基因编辑。

其他科学家已经发现了利用CRISPR将自身插入有机体基因组不同位置的基因簇，这些基因簇被称为CRISPR相关转座子(cast)。早期的研究表明，至少对细菌来说，它们可以用来将整个基因或大的DNA序列添加到基因组中。

现在，由伊利亚·芬克尔斯坦(Ilya Finkelstein)和克劳斯·威尔克(Claus Wilke)领导的团队已经将可能的演员数量从12个增加到了近1500个。本周，他们在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究结果。

“有了cast，我们可以潜在地插入许多基因，称为‘基因盒’，编码多种复杂的功能，”分子生物科学副教授芬克尔斯坦说，他构想并领导了这项研究。除其他外，这为治疗与多个基因相关的复杂疾病提供了可能性。

据《基因工程与生物技术新闻》报道，CRISPR研究员、诺贝尔奖得主珍妮弗·杜德纳预测，CASTs将成为扩大基因工程师工具包的一个关键因素，使其有可能在10年内引入“任何基因位置、任何有机体的任何变化”。

利用德州高级计算中心(TACC)的Stampede2超级计算机，研究小组梳理了世界上最大的尚未在实验室培养或完全测序的微生物基因组片段数据库。

“如果没有TACC的资源，这是不可能的，”威尔克说，他是整合生物学系的教授和系主任，领导了该项目的数据工程部分。

他估计，如果搜索是在一台功能强大的台式电脑上进行的，可能需要数年时间。相反，利用该大学的一台超级计算机，最终分析在几周内完成。三名研究生——詹姆斯·里巴斯基、匡胡和亚历克西斯·希尔——为这个项目的各个方面做了近两年的全职工作。

芬克尔斯坦说:“这就是生物勘探。”“这就像在一大堆淤泥和垃圾中筛选，偶尔才能发现金块。”

德克萨斯大学奥斯汀分校的研究小组发现了1476个新的假定的cast家族，包括3个新家族，是已知家族数量的两倍。他们已经实验性地验证了其中一些，并计划继续进行更多的测试。最终，芬克尔斯坦预测大多数将是真实的cast。

“如果你只有少数几个(cast)，你不可能有最好的存在，”Wilke说。“有了超过1000个，我们就可以开始发现哪些是最容易使用的，或者是最有效或最准确的。希望有新的基因编辑系统能比我们之前的系统做得更好。”

芬克尔斯坦说，在短期内，这些新系统中的许多应该能够适应基因工程细菌。芬克尔斯坦说，长期的挑战是“驯化”这些系统，使其在我们的细胞中工作。

芬克尔斯坦说:“最终的目标是在哺乳动物细胞中实现这一功能。”

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Metagenomic discovery of CRISPR-associated transposons