麻省理工科学家发现一类新的基因编辑酶 在某些方面或胜过CRISPR

2021-09-16 16:16:32 cnBeta.COM

据外媒New Atlas报道,作为本世纪最具革命性的发现之一,CRISPR基因编辑系统建立在一种细菌防御机制的基础上,允许科学家对DNA进行精确编辑。现在,麻省理工学院的科学家们发现了一类新的酶—OMEGA,它具有类似的功能--也许在某些方面更好。

尽管它们看起来很简单,但细菌是“狡猾”的生物。它们的一个了不起的能力是通过“剪下”其DNA的一小部分并将其储存起来以备不时之需,将其来对抗传染性病毒。这样一来,如果细菌再次遇到这种病毒,它就有了准备。

2012年,Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna发现了细菌的这一特性(后来她们获得2020年诺贝尔化学奖),即这个过程可以被“劫持”来编辑DNA。她们采用了一种叫做Cas9的酶,它可以切割DNA,并设计了引导RNA序列,将其引导到DNA序列的一个理想部分。在十年内,这项技术已被用于寻找治疗癌症和艾滋病毒等疾病的新方法,改善农作物和牲畜,以及操纵细菌来做令人惊奇的事情。

这项新研究的共同第一作者Soumya Kannan说:“改变一个引导序列并设定一个新的目标是如此简单。因此,我们感兴趣的一个广泛的问题是试图看看其他自然系统是否也使用这种机制。”

而现在,他们似乎找到了一个。在新的研究中,麻省理工学院的科学家们发现了CRISPR之外的一类全新的酶,它们可能具有同样的基因编辑能力,甚至可能在某些方面胜过CRISPR。该团队将该系统命名为Obligate Mobile Element Guided Activity(OMEGA)。

研究小组首先被IscB蛋白所吸引,它具有DNA切割酶的外观,但不知道是否参与了CRISPR或与RNA有关。经过仔细检查,研究人员发现附近的RNA引导IscB蛋白在某些地方切割DNA。研究小组将这些命名为"ωRNAs"(发音为"Omega RNAs")。

从那里,他们确定了另外两种利用ωRNAs的蛋白质--IsrBs和TnpBs。所有这三种蛋白质都存在于被称为转座子的"跳跃基因"中,它们可以在基因组中移动。当它们这样做时,它们会创建一个新的引导RNA,让酶切割DNA的不同部分。

研究人员设计了OMEGA系统,使其在人类细胞中工作,表明这种机制可以构成一个全新的基因编辑系统的基础。而且由于RNA的大小只有CRISPR酶的30%左右,它应该更容易挤入细胞。

有趣的是,该团队表示,这些蛋白质似乎是一些CRISPR的前身,如Cas9和Cas12。它表明,其他可编程的分子系统可能就在那里,等待着被发现,这可能带来它们自己的好处和用途。

该研究的共同第一作者Han Altae-Tran说:“我们一直在思考的很多东西可能已经以某种能力自然存在。这些类型的系统的自然版本可能是一个很好的起点,以适应该特定的任务。”

这项研究发表在《科学》杂志上。

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