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新基因編輯系統或優于現有CRISPR技術 |
| 發布時間：2023/8/13 |
一組研究人員發現了一種新的生物基因編輯系統，可能比CRISPR基因編輯更精確。
它基于一種名為Fanzor的蛋白質，這一新發現是在真核生物（Eukaryote）中發現的第一個可編程的核糖核酸（RNA）所引導的基因編輯系統。6月28日發表在《自然》（ Nature）雜志上的論文描述了這種新核糖核酸編輯系統。
真核生物包含真菌、植物和動物，它們的細胞具有細胞核。CRISPR系統最初是在原核生物（Prokaryote）中發現的，這種生物是單細胞的，且沒有細胞核。發現適用于真核生物的編輯系統可以擴大生物編輯的范圍及其及提高其精確度。
該團隊展示了Fanzor蛋白如何以RNA為向導來精確標靶DNA，以及如何對Fanzor蛋白進行重新編程可以編輯人類細胞的基因組。RNA在生物體內發揮多種功能，其中包括編碼、解碼、調節和基因表達。與比CRISPR系統相比，Fanzor系統還可以更容易作為治療藥物被傳遞到人體的各種組織和細胞。
該研究還表明，RNA引導的DNA切割機制存在于無核的單細胞生物和帶核的多細胞真核生物中。
“基于CRISPR的系統被廣泛使用且功能強大，因其可以輕松地重新編程以針對基因組中的不同位置，” 合著者、麻省理工學院（MIT）的生物化學家張峰（Feng Zhang，音譯）在一份聲明中說。“這個新系統是對人類細胞進行精確改變的另一種方法，補充了我們已有的基因組編輯工具。”
張峰的實驗室的主要目標之一是開發基因藥物，通過精確定位基因和生物過程來調節人類細胞。實驗室致力于尋找自然界中是否存在CRISPR系統以外的RNA可編程系統。
該團隊于2021年在原核生物中發現了一類名為OMEGA的RNA可編程系統。以此為基礎，新研究強調了原核OMEGA系統和真核生物中Fanzor蛋白之間的一些相似之處，并表明 ，Fanzor蛋白酶也可能使用一種RNA所引導的機制來標靶和切割DNA。
在這項新研究中，研究小組從真菌、藻類、阿米巴原蟲以及一種名為北圓蛤（Northern Quahog）的常見蛤蜊中分離出了Fanzor。 Fanzor蛋白的生化特征表明，它是能切割DNA的核酸內切酶，并使用附近的非編碼核糖核酸（稱為ωRNA）。研究作者表示，這些ωRNA標靶基因組中的特定位置，這是首次在蛤蜊等真核生物中發現這種機制。
這些生物體擁有比CRISPR系統更有用的天然基因編輯系統。“這些OMEGA系統更像是CRISPR系統的祖先，它是地球上最豐富的蛋白質之一，因此能夠在原核生物和真核生物之間來回跳躍，”合著者兼博士后研究員Makoto Saito在一份聲明中說。
為了研究Fanzor作為未來基因組編輯工具的潛力，該團隊證明它可以在人類細胞內的目標基因組位置插入和刪除特定部分，就像文檔中的剪切和粘貼工具一樣。他們發現Fanzor系統最初剪切DNA的效率低于CRISPR系統，但可在蛋白質中引入突變組合而明顯提高了其活性。
據該團隊稱，Fanzor系統能夠重新編程，以針對未來研究和治療的特定基因組編輯技術，就像當前基于CRISPR的編輯系統一樣。自然界中還有更多類似的系統有待發現。
“大自然真是太神奇了。有著如此眾多的多樣性，”張峰說。“可能還有更多的RNA可編程系統，我們正在繼續探索，希望能發現更多。”
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