Nature：基因编辑“女神”发现最小CRISPR-Cas系统

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Nature：基因编辑“女神”发现最小CRISPR-Cas系统
9 W& E$ m# C* O来源：生物360 / 作者：李易潇 / 2016-12-23
  Q' P4 L% y7 s9 C7 L, E0 G8 p& d北京时间12月23日凌晨，美国加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna和同事在Nature杂志上发表题为“New CRISPR–Cas systems from uncultivated microbes”的论文，她们发现了两种新型简单CRISPR-Cas基因编辑系统：CRISPR–CasX 和CRISPR–CasY。( c" c3 @  S6 Z# V5 {

3 d( R2 f  Z# C! T  p5 z9 E研究团队直接对地下水、土壤、婴儿肠道和其它各种环境中的微生物进行研究，通过与CRISPR-Cas9类比，在这些非培养物的基因组中发现了CRISPR–CasX 和CRISPR–CasY基因编辑新系统。加州大学就论文中的基因编辑新系统，向美国专利商标局提交了临时专利（provisional patent）申请。
% E; e7 N3 g1 _! T在CRISPR-Cas系统中，Cas蛋白是剪刀。当靶向特定的DNA序列时，Cas蛋白结合并切断双链DNA。CRISPR-Cas9是目前最成熟也是应用最广的类型。CRISPR–CasX 和CRISPR–CasY系统中的关键蛋白与Cas9大致相同，但比Cas9小。CasX仅由980个氨基酸组成，CasY约为1,200个氨基酸，是目前已知最小的CRISPR-Cas系统。 如果这些系统能像CRISPR-Cas9一样被重新改造，体积小的特点可以让它们更容易插入细胞的DNA进行编辑，为研究人员和医生增加了可供选择的基因编辑工具，因此具有非常明显的基因编辑潜力。
$ S. E8 j' A; h/ W  V! ]$ Q研究团队随后对CRISPR–CasX 和CRISPR–CasY这两种系统在实验室进行了功能检测，其活性得到了证实。在大肠杆菌中，这两种系统均可以与DNA相互作用，阻断遗传物质。但是这些系统是否能真正变成有效的基因编辑工具，还有待于更深入的DNA切割、哺乳动物细胞等进一步研究，Doudna和她的同事们目前正在开展此项研究工作。4 s, z! [$ H6 B: d
此外，她们还在古菌域中首次发现了CRISPR-Cas9系统，而过去学术界一直认为原核生物没有此类基因编辑系统。
2 ]3 s; D0 w) `- u1 k0 E在过去的十年里，文章共同通讯作者Jillian Banfield和她的同事一直在收集来自不同地点的微生物，提取DNA并重构这些微生物的基因组。基于Terabase测序和全基因组分析，她希望找到新的CRISPR系统。/ j/ Z0 U2 g6 R8 I6 Y' e' l6 O3 M
约40％的细菌可以使用CRISPR获得免疫特性，但大多数CRISPR-Cas系统通过使用一系列复杂的Cas蛋白来切割病毒DNA。Doudna第一次将从化脓性链球菌分离出来的Cas9重新设计，使其简化并应用于细菌中。到目前为止，已知报道能切割DNA的Cas II型系统蛋白成员有Cas9、Cpf1和C2c1，另外还有C2c2可以切割RNA，C2c3可能切割DNA。0 y" T! a8 L; K3 Q- R3 M. q& }
CRISPR-Cas系统因其操作简便、靶向精准等特点已经成为目前最前沿的基因编辑技术。但由于该系统有缺乏特异性、脱靶效应的缺点，国内外许多科学家都在致力于开发一种更有效的基因编辑技术。7 [. W( ]  g" `! s/ l9 l
5月2日，韩春雨发现了NgAgo技术，但其重复性一直备受争议，目前处于调查中。9月15日南京大学的赵庆顺教授课题组在《基因组学》报告了一种基于SGN的基因编辑新技术，通过结构引导的内切酶（SGN）实现体内外DNA任意序列的靶向和切割。赵庆顺教授将在2017年3月24-25日参加生物360在上海举办的基因编辑学术研讨会，届时，赵庆顺教授将对其最新研究做出报告。' U$ @+ E7 h$ H: R
原文链接：New CRISPR–Cas systems from uncultivated microbes. Nature (2016). doi:10.1038/nature21059
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