藻類和蝸牛隱藏著基因編輯的超能力

新的研究發(fā)現(xiàn)，稱為 Fanzors 的RNA引導(dǎo)酶在真核生物中廣泛存在。

從蝸牛到藻類再到阿米巴原蟲，多種物種都會產(chǎn)生稱為 Fanzors 的可編程DNA切割酶，麻省理工學(xué)院麥戈文腦研究所科學(xué)家的一項(xiàng)新研究已經(jīng)識別出數(shù)千種此類酶。Fanzors 是 RNA 引導(dǎo)的酶，可以通過編程在特定位點(diǎn)切割 DNA，就像為廣泛使用的基因編輯系統(tǒng) CRISPR 提供動力的細(xì)菌酶一樣。最近在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上報道了新認(rèn)識的天然 Fanzor 酶的多樣性，為科學(xué)家提供了一套廣泛的可編程酶，這些酶可能適用于研究或醫(yī)學(xué)的新工具。

“RNA 引導(dǎo)生物學(xué)可以讓你制作出真正易于使用的可編程工具。因此，我們發(fā)現(xiàn)的越多越好，”麥戈文研究員奧馬爾·阿布達(dá)耶 (Omar Abudayyeh) 說道，他與麥戈文研究員喬納森·古騰伯格 (Jonathan Gootenberg) 一起領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。

CRISPR 和 Fanzors 的承諾

CRISPR 是一種古老的細(xì)菌防御系統(tǒng)，它清楚地表明了 RNA 引導(dǎo)酶在適合實(shí)驗(yàn)室使用時的用途。麻省理工學(xué)院教授兼麥戈文研究員 Feng Zhang、Abudayyeh、Gootenberg 等人開發(fā)的基于 CRISPR 的基因組編輯工具改變了科學(xué)家修改 DNA 的方式，加速了研究并促進(jìn)了許多實(shí)驗(yàn)性基因療法的開發(fā)。

此后，研究人員在細(xì)菌世界中發(fā)現(xiàn)了其他 RNA 引導(dǎo)酶，其中許多酶具有使其在實(shí)驗(yàn)室中有價值的功能。張的團(tuán)隊(duì)今年早些時候報道了 Fanzors 的發(fā)現(xiàn)，它能夠以 RNA 引導(dǎo)的方式切割 DNA，這開辟了 RNA 引導(dǎo)生物學(xué)的新領(lǐng)域。

Fanzors 是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的第一個此類酶。真核生物是一類廣泛的生命形式，包括植物、動物和真菌，由保存每個細(xì)胞遺傳物質(zhì)的膜結(jié)合核定義。(缺乏細(xì)胞核的細(xì)菌屬于原核生物。)

“長期以來，人們一直在原核系統(tǒng)中尋找有趣的工具，我認(rèn)為這取得了令人難以置信的成果，”古騰伯格說。“真核系統(tǒng)實(shí)際上是一個全新的工作場所。”

Abudayyeh 和 Gootenberg 說，一個希望是，在真核生物中自然進(jìn)化的酶可能更適合在包括人類在內(nèi)的其他真核生物的細(xì)胞中安全有效地發(fā)揮作用。張的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明 Fanzor 酶可以被設(shè)計為精確切割人類細(xì)胞中的特定 DNA 序列。

在新研究中，Abudayyeh 和 Gootenberg 發(fā)現(xiàn)，一些 Fanzor 即使沒有優(yōu)化也可以靶向人類細(xì)胞中的 DNA 序列。“它們在哺乳動物細(xì)胞中非常有效地發(fā)揮作用，這一事實(shí)真是太棒了，”古騰伯格說。

進(jìn)化的見解和未來的應(yīng)用

在本次研究之前，已在真核生物中發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種 Fanzors。通過由實(shí)驗(yàn)室成員 Justin Lim 領(lǐng)導(dǎo)的對遺傳數(shù)據(jù)庫的廣泛搜索，Gootenberg 和 Abudayyeh 的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已將這些酶的已知多樣性擴(kuò)大了一個數(shù)量級。

在該團(tuán)隊(duì)在真核生物和感染真核生物的病毒中發(fā)現(xiàn)的 3,600 多個 Fanzors 中，研究人員能夠識別出 5 個不同的酶家族。通過比較這些酶的精確組成，他們發(fā)現(xiàn)了漫長進(jìn)化歷史的證據(jù)。

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