CRISPR彻底改变了基因组工程,但其分子基因编辑组件的大小限制了其治疗用途。现在,三篇新的研究论文详细介绍了基因编辑工具的紧凑版本,该工具可以显著扩展其应用。

虽然我们自20世纪90年代以来就能够编辑基因组,但2015年CRISPR的引入由于其灵活性、简单性和效率改变了这一领域。这项技术的基础是在微生物中发现的一种基本免疫系统病毒的基因照片用一种叫做Cas9的酶来猎杀它们并切割它们的DNA。

这个系统可以通过用你想要编辑的任何序列替换病毒遗传密码,并精确地剪断该位置的DNA来重新设计。然而,一个突出的问题是,该系统庞大的物理尺寸使其难以有效地传送到细胞。

腺相关病毒载体(AAV)——一种小型、非致病性病毒,可被重新设计用于将遗传密码注入细胞,是体内基因治疗的金标准递送系统。它们产生的免疫反应很小,并已获得FDA批准用于治疗,但它们的微小尺寸使得使用它们来提供CRISPR变得棘手。

然而,上周发表的三篇研究论文表明,一个来自古细菌的微小Cas蛋白家族足够小,可以放入aav中,并且可以编辑人类DNA。

最常用的CAS9蛋白来自链球菌细菌,其是1,368个氨基酸长。当与将其引导到其目标所需的RNA序列结合时,这太大以适合AAV。而且你可以分开送这大大降低了效率,因为您不能保证每个单元都能同时接收这两种信息。

但是天然CRISPR系统中使用的蛋白质有相当大的多样性,因此研究人员一直在筛选微生物世界中较小的替代品。

两个有希望的候选者是来自金黄色葡萄球菌和链球菌的Cas9蛋白,分别是1,053和1,121个氨基酸。它们相对较小的尺寸使得可以将它们与其引导RNA一起包装在AAV中。

也就是说,即使这两个较小的替代方案也可能不够小。

近年来CRISPR的能力得到了显著扩展,从简单地剪断单个基因到插入基因、交换DNA字母或一次瞄准多个位点。所有这些都需要更多的遗传物质进入细胞,这就排除了AAV。

另一个被称为Cas12f的蛋白质家族因其微小的比例(通常在400到700个氨基酸之间)而备受关注,但不知道它们是否可以在微生物之外工作。

这就是上周发表在自然生物技术自然化学生物学进来吧科学家们表明,这个家族的蛋白质可以与它们的引导RNA一起包装在AAV中,并运送到人类细胞中进行有效编辑。

第三篇论文分子细胞二手蛋白质工程转化了CAS12F蛋白,似乎没有在哺乳动物细胞中工作成一个。虽然该团队实际上并没有测试它们是否可以使用AAVs提供蛋白质,但它们表明它足够小,即使与素数和基础编辑等各种高级工具相结合。

这些突破可以大大促进体内治疗。脂质纳米粒传递的CRISPR与mRNA疫苗中使用的机制相同,目前已经得到证实进入诊所,但这种方法的效率明显低于AAV。

尽管这些仍然是非常早期的研究,尽管编辑性能很有希望,但是需要更多的研究来正确描述这些新蛋白质的能力和安全性。然而,如果他们真的像最初的CRISPR系统一样有效,他们可以极大地扩大潜在治疗的范围。

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