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“升级”CRISPR?Cell子刊揭示比Cas9更有效、更安全的酶

2018/08/07 来源:生物探索
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导读
Cas9是CRISPR基因编辑最流行的酶,但科学家们最近找到了确凿的证据,证明其效力和精确度低于较少使用的CRISPR蛋白Cas12a。 由于Cas9更有可能错误地编辑植物或动物的基因组,破坏其正常的功能,所以科学家们建议使用Cas12a以确保更安全有效的基因编辑。


CRISPR是近年来最重要的科学突破之一,这种技术可以快速且廉价的对基因进行改造。

最近,德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家们表示,他们已经升级了这项技术,使其具备更准确的基因编辑能力和更高的安全性。这一研究有望打开实用性基因编辑的大门,足以安全地用于人类。

研究团队发现,CRISPR基因编辑系统中第一个且应用最普遍的Cas9酶,在效力和精确度低于另一种应用较少的Cas12a酶。相关研究成果于8月2日发表在Cell子刊《Molecular cell》上。

“总体目标是找到大自然赋予我们的最佳酶,然后使CRISPR基因编辑系统运转得更好,我们不应该仅满足于使用第一种发现的酶。”本研究的合作研究者Ilya Finkelstein教授说。

Cas9的局限性

CRISPR基因编辑技术是细菌用来抵御病毒的一种天然机制,通过它,科学家能够更多地了解人类基因,并可以对植物、动物乃至人体进行基因改造。未来,许多人希望CRISPR能够帮助治疗人类疾病,以及创造出具有更高产量或能抵抗干旱和害虫的农作物。

但是目前流行的CRISPR/Cas9系统有时会靶向基因组中的错误位置,将这种方法直接应用于人类有时是灾难性的,它可能无法治愈遗传疾病,还会将健康细胞转变为癌细胞。


Cas12a与DNA结合

之前已有的一些研究暗示Cas12a比Cas9更具选择性,但仍有较大争议。研究人员认为,他们的这项最新研究证明了Cas12a是一种比Cas9更精确的基因编辑手术刀,为学术界的争论画下了句号。

Cas12a的优势

由Isabel Strohkendl和Rick Russell教授领导的研究小组发现,Cas12a带有一小段用RNA编写的遗传密码,会与病毒DNA中编写的目标遗传密码串相匹配。当碰到一些DNA时,Cas12a开始试图通过形成碱基对来与它结合,并从一端开始前进,以检测DNA与RNA相匹配的程度。它会像魔术贴一样绑定到基因组目标上,在沿途的每个点紧密结合却又不会牢固到难以分离,这样它会在整个区域都有良好匹配时才能顺利进行编辑。

而Cas9的每个碱基对会紧紧地粘在一起,就像502胶水一样。如果每侧的前几个字母匹配良好,那么Cas9已经与DNA紧密结合了。换句话说,Cas9会关注基因组目标中的前七个或八个字母,但后面的过程却不太会被注意,这意味着它很容易忽略过程中的不匹配,从而导致了它的编辑错误。

“Cas12a的结合方式使得碱基对形成的过程更加可逆。”Isabel解释道, “换句话说,Cas12a可以更好地检查每个碱基对,然后再转到下一个碱基对。七到八个字母后,Cas9停止检查,而Cas12a继续检查大约18个字母。”

但研究人员表示Cas12a仍然不够完美,该研究还提出了进一步改进Cas12a的设想,也许有一天会实现创建“精确手术刀”的梦想,即一种基本上无错的基因编辑工具。“总的来说,Cas12a更好,但是依然有缺陷。所以,我们还有很多挑战。”Finkelstein表示道。

责编:浮苏

参考资料:

How to make the gene-editing tool CRISPR work even better

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