Nature:cas 9的重新设计版本可以让基因编辑更安全

来源：原创网站2022-03-08 13:35

在一项新的研究中，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员重新设计了Cas9，这是一种广泛使用的基于CRISPR的基因编辑工具的关键组件，旨在将错误DNA片段的可能性降低数千倍，同时保持与原始CAS9版本相同的效率，使其更加安全。

2022年3月8日/Bion/--在人类中使用基于CRISPR的基因编辑面临的一个巨大挑战是，这种分子机器有时会修改宿主基因组的错误位点，这就产生了一种可能性，即试图修复基因组中一个位点的基因突变可能会意外地在另一个位点产生危险的新突变。

但现在，在一项新的研究中，来自德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员重新设计了Cas9，这是一种广泛使用的基于CRISPR的基因编辑工具的关键组件，旨在将针对错误DNA片段的可能性降低数千倍，同时保持与原始CAS9版本相同的效率，使其更加安全。相关研究成果于2022年3月2日在线发表在《自然杂志》上，题目为《CRISPR错配监测的结构基础——cas 9》。通信作者是奥斯汀德克萨斯大学分子生物学教授肯尼斯约翰逊和奥斯汀德克萨斯大学分子生物学助理教授大卫泰勒。这篇论文的第一作者是博士后杰克布拉沃和穆-刘森。

约翰逊说，“就CRISPR/Cas系统在基因编辑中的广泛应用而言，这可能真的会带来变化。”

其他实验室重新设计了Cas9，以减少脱靶量交互，但迄今为止，所有这些版本都牺牲了速度来提高精度。在这项新研究中，这些作者开发的新版本Cas9——superfi-cas 9——将切断脱靶位点的可能性降低了4000倍，但速度与天然cas 9一样快。Bravo说，你可以把实验室生成的不同版本的Cas9想象成不同型号的自动驾驶汽车。大多数车型确实很安全，但它们的最高时速是10英里。

错配诱导的Cas9构象中间体，图片来自Nature，2022，DOI :10.1038/s 41586-022-04470-1。

布拉沃说，“它们比自然产生的Cas9更安全，但价格昂贵。它们非常慢。SuperFi-Cas9就像一辆自动驾驶汽车。它被设计得非常安全，但它仍然可以全速前进。”

到目前为止，这些作者已经在试管中证明了SuperFi-Cas9对DNA的应用。现在，他们正与其他科学家合作，在活细胞中测试SuperFi-Cas9的基因编辑。他们也在努力开发更安全、更活跃的Cas9版本。

基于CRISPR的基因编辑工具改编自。在自然界中，Cas9蛋白漂浮在环境中，寻找具有非常特定的20个碱基序列的DNA，就像海盗地图上的X，意思是“挖到这里”。有时候，在大部分碱基都正确的情况下，除了18到20号位的碱基，Cas9继续前进，继续挖。这叫错配，在基因编辑中可能会产生灾难性的后果。

泰勒和约翰逊开发了一种称为动力学导向结构确定的技术，该技术使用绍尔结构生物学实验室的低温电子显微镜来拍摄Cas9和这种错配DNA之间相互作用的快照。他们惊讶地发现，当Cas9在18到20位遇到这种类型的错配时，它没有放弃，继续前进，并且有一个手指状的结构扑向DNA并抓住它，使它的行为就好像它是正确的序列一样。通常情况下，错配会让DNA有点松散；这种手指状的结构可以稳定它。

布拉沃说，“这就像你有一把椅子，其中一条腿断了，你只需用胶带把它粘回去。还能当椅子用，不过可能有点摇摇晃晃。这是一次相当肮脏的修补。”

没有DNA稳定性的增加，Cas9就不会采取切割DNA和编辑所需的其他步骤。以前从来没有人观察过这个额外的手指状结构做这种稳定工作。泰勒说，“这是我永远不会想到的。在我的脑海里，我永远不会想到会发生什么。”

基于这种洞察，他们在Cas9上重新设计了这种额外的指状结构，使其不再稳定地包含错配的DNA部分，而是将这种指状结构推离DNA，从而阻止Cas9继续切割和编辑DNA。他们研发的SuperFi-Cas9和天然的Cas9一样容易切对目标，但是切错目标的可能性要小很多。(100yiyao.com 100医疗网)

参考文献：

杰克. P. K .布拉沃等人。自然，2022，doi :10.1038/s 41586-022-04470-1。

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