CRISPR家族刚刚变得更大。新人?一个微小的DNA-Chomping Cas蛋白,藏在巨大的病毒内。

这是加州大学伯克利加州大学的詹妮弗Doudna实验室博士的最近发现。

你已经听说过克里普尔克:神童基因编辑工具,比任何以前的基因修改方法更容易和更便宜。在最初发现它的几年后,它就因参与临床试验而声名鹊起,可能凭一己之力拯救了基因疗法的未来。

自最初发现以来,Crispr蓬勃发展成为基因治疗世界的瑞士军刀:从讨论的实验室研究和开发到临床试验遗传紊乱,Crispr似乎是不可阻挡的。它甚至获得了几种高调的分型:其基因切割剪刀的不同版本,称为CAS蛋白,只会换掉单一的遗传代码,或者作为病毒的管制,如目前导致大流行的病例。

在上周的杂志上科学杜德纳和她的团队刚刚报道另一个版本可能会彻底改变CRISPR。

你看,大多数“剪刀”CAS蛋白来自两个生命分支:细菌和古典。他们被用作争夺病毒感染的工具,这会像恐吓我们一样困扰他们。

然而,一种特殊类型的病毒,称为噬菌体或细菌的食物 - 也是港口CAS蛋白,几乎一半的一半,我们以前识别过的任何东西。在新的研究中,该团队发现这些外星人CAS蛋白 - 配音CASφ - 可以在人和植物细胞中容易地切割遗传物质。更重要的是,由于它们的微小尺寸,它们可以挤压成遗传裂缝,以切割以前受其周围环境保护的DNA。

换句话说,通过进入一般用来抗击病毒的机制,而是从病毒本身,我们有一个潜在的强大强大的CRINPR工具,能够编辑远远超过先前预期的基因组的更多领域。更重要的是,由于这些CASφ如此微小,它们可以容易进入细胞,进一步增强基因编辑功效。

“当我们考虑将来会应用CRISPR,这是现在最重要的瓶颈之一:交付。我们认为这个非常微小的病毒编码的CRISPR-CAS系统可能是突破该障碍的一种方式,“Doudna。

到CRISPR-Verse

CRISPR作为一种基因编辑工具一直如此突出,以至于人们很容易忘记它卑微的起源。

该系统是一种两分子标记,最初是在细菌中发现的,作为一种对抗病毒攻击的免疫系统。第一个成分“引导RNA”是一种病毒基因发现工具,它扫描细胞的环境,寻找即将到来的病毒攻击。一旦被识别出来,这个工具就会找到这些病毒的基因片段,而cas——蛋白质成分——也就是切碎病毒的DNA基因组。没有基因,没有新的病毒。

科学家最终解码了这些生活过程,所以我们可以劫持系统的基因编辑。例如,我们可以根据病毒基因捕捉病毒基因,以筛选疾病引起的遗传突变,并且程序Cas9-经典的“剪刀蛋白” - 代替那些。

尽管取得了巨大的成功,Crispr-Cas有一个阿基里斯的脚跟。我们的基因受到物理生物泡沫的保护,这使得大多数分子难以在城堡目标周围的墙壁上进入图片,以及作为入侵军队的Crispr。虽然指导RNA非常小,但CAS蛋白不是。他们不能轰炸到细胞中。

解决办法是将整个CRISPR-Cas系统打包成一种良性病毒(是的,这种病毒确实存在)。因为病毒在渗透细胞方面非常高效,它们是将基因编辑系统运送到细胞内部的完美载体。但就像智能汽车一样,病毒携带者的能力也有限。大多数Cas蛋白加重了它们的负荷,使递送过程的效率低于可能的水平。

名字是Cas

如果古典CAS蛋白是坦克,那么CASφ(发音为“Phi”)是一个含糊的刺激。

Cas φ对一种叫做噬菌体的巨型病毒有效。这些病毒不干扰我们人类,但通过将它们的遗传物质注入细菌细胞杀死细菌。在镜头下,噬菌体看起来就像可爱的棱角分明的小脑袋,栖息在几条摇摇晃晃的腿上。它们属于一组被称为“大噬体”的病毒(不是开玩笑!)。

然而,它们却有很强的杀伤力。去年,研究作者Basem Al-Shayeb发现,噬菌体还涉及Cas蛋白 - 类似于通常用于杀灭病毒的细菌。这是第一次任何人发现病毒杀死病毒内的Cas蛋白,而且 - 非常紧凑。它们也非常有能力切割任何其他入侵病毒的遗传物质,使得噬菌体在感染细菌细胞时获得上手。

这些结果促使研究小组提出这样一个问题:如果Cas φ是一种伪装成细菌的微小而紧凑的杀手,那么它对人类也同样有效吗?

在这项新研究中,该团队对Cas φ进行了更深入的研究。就像手术剪刀一样,这些蛋白质与经典的Cas9相比具有令人难以置信的流线型,但功能似乎是相同的。

使用各种生化工具,该团队发现CASφ可以轻松编程以瞄准其他遗传序列 - 不仅仅是其他病毒的遗传序列。由于其微小的尺寸,它也可以将DNA Nooks和Crankies挤压到以前的CAS蛋白。与Cas9类似,它切片和骰子DNA,但不是RNA,股线。

在培养皿中生长的永生化人肾细胞中,该团队发现,当给出指导RNA时,CASφ的几种版本,容易切断靶向基因 - 完全按照CRISPR系统通常工作方式。研究人员在植物细胞中发现了相同的基因切片效应。

“这项研究表明,这种病毒编码的CRISPR-Cas蛋白实际上非常擅长它的工作,但它要小得多,大约是Cas9的一半大小。”Doudna。

接下来是什么?

这项研究传递的信息是,大自然可以提供的远不止这些。CRISPR一直被认为是一种对抗病毒的防御机制。病毒也有类似的机制,这一事实令人震惊。

目前,该团队尚未公布任何数据是否在动物中工作。穿过电池到动物的飞跃一直很困难,但与Cas9,Cas12a等系统铺平了道路,它不是不可能的。

如果Cas φ对人类有效,噬菌体就是我们最好的新朋友。噬菌体已经被证明是超级英雄在战斗可怕的细菌感染。新的研究表明,与以前的Crispr配方相比,它们也可以是强大的基因编辑,靶向更多的基因,因此可能是潜在的,最遗传的疾病 - 患者。

图片来源:托尔DeichmannPixabay

范雪来是一位神经科学家出身的科学作家。她在不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia)完成了神经科学博士学位,在那里她开发了神经退化的新疗法。在研究生物大脑时,她开始对人工智能和所有生物技术着迷。毕业后,她搬到了加州大学旧金山分校,研究以血液为基础的因素,使衰老的大脑恢复活力。她是……

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