Nature：严重停顿!发现一种准确切割RNA的CRISPR体系

2021年9月9日讯/BIOON/---在一项新的研讨中，来自美国麻省理工学院麦戈文研讨所的研讨职员发现了一种细菌酶，他们说这种酶可以扩展迷信家们使用的CRISPR对象箱，使其可能轻松地切割和编纂RNA，而在此之前，这种准确性只实用于DNA编纂。这种他们终极定名为Cas7-11的酶在不挫伤细胞的环境下批改RNA靶标，这标明除了是一种有代价的研讨对象外，它还为医治利用提供了一个肥美的平台。相关研讨成果于2021年9月6日在线颁发在Nature期刊上，论文题目为“Programmable RNA targeting with the single-protein CRISPR effector Cas7-11”。

论文独特通信作者、麦戈文研讨所研讨员Omar Abudayyeh说起通过使DNA编纂变得疾速、便宜和准确而引发当代生物学变得的DNA切割酶Cas9时，说道，“这种新的酶就像是编纂RNA的Cas9。”他弥补说，“它准确地在靶标长进行两次切割，并且不会像其他酶那样在切割进程中毁坏细胞。”

到今朝为止，只有另外一个RNA靶向酶家族，即Cas13，被普遍地开辟用于RNA靶向利用。然而，当Cas13辨认到它的目的时，它会破碎摧毁细胞中的任何RNA，从而趁便地毁坏细胞。与Cas9一样，Cas7-11是一个可编程体系的一部门；它可以通过CRISPR导游指向特定的RNA靶标。Abudayyeh、麦戈文研讨员Jonathan Gootenberg（另一名论文独特通信作者）和他们的共事们通过对微生物天下中发现的CRISPR体系的深化摸索发现了Cas7-11。

摸索自然多样性

与其他CRISPR卵白一样，Cas7-11被细菌用来作为进攻病毒的机制。在遇到一种新的病毒后，采取CRISPR体系的细菌以病毒物资的小片断模式记载病毒感化。要是该病毒再次呈现，CRISPR体系就会被激活，在一小段RNA的领导下，捣毁病毒基因组并打消感化。这些陈旧的免疫体系是普遍而多样的，分歧的部署分歧的卵白质来对立它们的病毒入侵者。

论文独特作者、美国国度生物技术信息中间退化生物学家Eugene Koonin说，“有些CRISPR卵白靶向DNA，有些CRISPR卵白靶向RNA。有些CRISPR卵白在裂解靶标方面十分无效，但有一些毒性，而另一些则没有。它们引入了分歧的切割类型，它们可以在特同性方面有所分歧---等等。”

Abudayyeh、Gootenberg和Koonin始终在研讨基因组序列，以相识CRISPR体系的自然多样性，并作为潜在的对象阐发它们。Abudayyeh说，这个设法主意是为了应用退化曾经在改革卵白质机械上实现的任务。

当这些作者通过公共数据库来研讨分歧细菌进攻体系的构成部门时，一种从日本东京湾拆散进去的Desulfonema ishimotonii的卵白质惹起了他们的注意。它的氨基酸序列标明，它属于一类CRISPR体系，该体系使用年夜型的多卵白复合物来寻觅和切割它们的目的。然则这种卵白质仿佛领有它所必要的所有，可以自力实现这项工作。Koonin说，其他已知的单卵白Cas酶，包含已被普遍用于DNA编纂的Cas9卵白，属于CRISPR体系的一个独自种别，然则Cas7-11隐约了CRISPR分类体系的边界。他们终极将这种卵白质定名为Cas7-11。

额定的III-E型家族成员和新颖的III-D2型位点构造和具备代表性的同源物的多重比对。图片来自Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03886-5。

Cas7-11从工程的角度来看是很有吸引力的，由于繁多的卵白质更容易被递送到细胞中，而且比简单的多卵白复合物更容易成为编纂对象。然则它的构成也标记着一个意想不到的退化史。这些作者发现有证据标明，通过退化，更简单的Cas机械的组件交融在一路，造成了Cas7-11卵白。Gootenberg将此同等于当你之前以为鸟类是独一会飞的植物时发现了蝙蝠，从而意识到有多种退化途径来完成航行。他说，“这完整改动了人们对CRISPR体系的思考方式，无论是在功效上照样在退化上。”

准确编纂

当Gootenberg和Abudayyeh在他们的试验室里临盆出Cas7-11卵白并开端对它进行试验时，他们认识到这种不寻常的酶提供了一种把持和研讨RNA的弱小伎俩。当他们把它和导游RNA（gRNA）一路引入细胞时，它准确地切割了它的RNA靶标，而其他RNA却没有遭到烦扰。这象征着他们可以使用Cas7-11来改动RNA代码中的特定碱基，从而校订基因渐变带来的差错。他们还可能对Cas7-11进行编程，以稳定或毁坏细胞内的特定RNA分子，这使他们有才能调整这些RNA编码的卵白质的程度。

Abudayyeh和Gootenberg还发现，Cas7-11切割RNA的才能可以被一种仿佛能够也参加触发法式化细胞灭亡的卵白质所克制，这标明CRISPR进攻和对感化的更极度反馈之间能够存在分割。

这些作者发现，一种可以将完全的Cas7-11编纂体系递送给细胞，并且Cas7-11不会侵害细胞的安康。他们愿望跟着进一步的开辟，这种酶有一天能够被用来编纂患者RNA中的致病序列，如许他们的细胞可能发生安康的卵白质，或许下调因疾病而形成挫伤的卵白质的程度。