新基因编辑系统或优于现有CRISPR技术

基因编辑示意图。（Shutterstock）

一组研究人员发现了一种新的生物基因编辑系统，可能比CRISPR基因编辑更精确。

它基于一种名为Fanzor的蛋白质，这一新发现是在真核生物（Eukaryote）中发现的第一个可编程的核糖核酸（RNA）所引导的基因编辑系统。6月28日发表在《自然》（ Nature）杂志上的论文描述了这种新核糖核酸编辑系统。

真核生物包含真菌、植物和动物，它们的细胞具有细胞核。CRISPR系统最初是在原核生物（Prokaryote）中发现的，这种生物是单细胞的，且没有细胞核。发现适用于真核生物的编辑系统可以扩大生物编辑的范围及其及提高其精确度。

该团队展示了Fanzor蛋白如何以RNA为向导来精确标靶DNA，以及如何对Fanzor蛋白进行重新编程可以编辑人类细胞的基因组。RNA在生物体内发挥多种功能，其中包括编码、解码、调节和基因表达。与比CRISPR系统相比，Fanzor系统还可以更容易作为治疗药物被传递到人体的各种组织和细胞。

该研究还表明，RNA引导的DNA切割机制存在于无核的单细胞生物和带核的多细胞真核生物中。

“基于CRISPR的系统被广泛使用且功能强大，因其可以轻松地重新编程以针对基因组中的不同位置，” 合著者、麻省理工学院（MIT）的生物化学家张峰（Feng Zhang，音译）在一份声明中说。“这个新系统是对人类细胞进行精确改变的另一种方法，补充了我们已有的基因组编辑工具。”

张峰的实验室的主要目标之一是开发基因药物，通过精确定位基因和生物过程来调节人类细胞。实验室致力于寻找自然界中是否存在CRISPR系统以外的RNA可编程系统。

该团队于 2021 年在原核生物中发现了一类名为OMEGA的RNA可编程系统。以此为基础，新研究强调了原核OMEGA系统和真核生物中Fanzor蛋白之间的一些相似之处，并表明 ，Fanzor蛋白酶也可能使用一种RNA所引导的机制来标靶和切割DNA。

在这项新研究中，研究小组从真菌、藻类、阿米巴原虫以及一种名为北圆蛤（Northern Quahog）的常见蛤蜊中分离出了Fanzor。 Fanzor蛋白的生化特征表明，它是能切割DNA的核酸内切酶，并使用附近的非编码核糖核酸（称为ωRNA）。研究作者表示，这些ωRNA标靶基因组中的特定位置，这是首次在蛤蜊等真核生物中发现这种机制。

这些生物体拥有比CRISPR系统更有用的天然基因编辑系统。“这些OMEGA系统更像是CRISPR系统的祖先，它是地球上最丰富的蛋白质之一，因此能够在原核生物和真核生物之间来回跳跃，”合著者兼博士后研究员Makoto Saito在一份声明中说。

为了研究Fanzor作为未来基因组编辑工具的潜力，该团队证明它可以在人类细胞内的目标基因组位置插入和删除特定部分，就像文档中的剪切和粘贴工具一样。他们发现Fanzor系统最初剪切DNA的效率低于CRISPR系统，但可在蛋白质中引入突变组合而明显提高了其活性。

据该团队称，Fanzor系统能够重新编程，以针对未来研究和治疗的特定基因组编辑技术，就像当前基于CRISPR的编辑系统一样。自然界中还有更多类似的系统有待发现。

“大自然真是太神奇了。有着如此众多的多样性，”张峰说。“可能还有更多的RNA可编程系统，我们正在继续探索，希望能发现更多。”