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新基因編輯系統(tǒng)或優(yōu)于現(xiàn)有CRISPR技術(shù)

發(fā)布時間:2023/8/13
  一組研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的生物基因編輯系統(tǒng),可能比CRISPR基因編輯更精確。

  它基于一種名為Fanzor的蛋白質(zhì),這一新發(fā)現(xiàn)是在真核生物(Eukaryote)中發(fā)現(xiàn)的第一個可編程的核糖核酸(RNA)所引導(dǎo)的基因編輯系統(tǒng)。6月28日發(fā)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(tǒng)。
  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(tǒng)最初是在原核生物(Prokaryote)中發(fā)現(xiàn)的,這種生物是單細胞的,且沒有細胞核。發(fā)現(xiàn)適用于真核生物的編輯系統(tǒng)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?qū)砭_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(nèi)發(fā)揮多種功能,其中包括編碼、解碼、調(diào)節(jié)和基因表達。與比CRISPR系統(tǒng)相比,F(xiàn)anzor系統(tǒng)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(dǎo)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(tǒng)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(xué)院(MIT)的生物化學(xué)家張峰(Feng Zhang,音譯)在一份聲明中說?!斑@個新系統(tǒng)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?!?br />   張峰的實驗室的主要目標之一是開發(fā)基因藥物,通過精確定位基因和生物過程來調(diào)節(jié)人類細胞。實驗室致力于尋找自然界中是否存在CRISPR系統(tǒng)以外的RNA可編程系統(tǒng)。
  該團隊于2021年在原核生物中發(fā)現(xiàn)了一類名為OMEGA的RNA可編程系統(tǒng)。以此為基礎(chǔ),新研究強調(diào)了原核OMEGA系統(tǒng)和真核生物中Fanzor蛋白之間的一些相似之處,并表明 ,F(xiàn)anzor蛋白酶也可能使用一種RNA所引導(dǎo)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(nèi)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(fā)現(xiàn)這種機制。
  這些生物體擁有比CRISPR系統(tǒng)更有用的天然基因編輯系統(tǒng)。“這些OMEGA系統(tǒng)更像是CRISPR系統(tǒng)的祖先,它是地球上最豐富的蛋白質(zhì)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(nèi)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(fā)現(xiàn)Fanzor系統(tǒng)最初剪切DNA的效率低于CRISPR系統(tǒng),但可在蛋白質(zhì)中引入突變組合而明顯提高了其活性。
  據(jù)該團隊稱,F(xiàn)anzor系統(tǒng)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(shù),就像當前基于CRISPR的編輯系統(tǒng)一樣。自然界中還有更多類似的系統(tǒng)有待發(fā)現(xiàn)。
  “大自然真是太神奇了。有著如此眾多的多樣性,”張峰說?!翱赡苓€有更多的RNA可編程系統(tǒng),我們正在繼續(xù)探索,希望能發(fā)現(xiàn)更多?!?br />
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