作者:麻省理工学院詹妮弗·米查洛夫斯基
麦戈文研究员乔纳森·古滕贝格(左)和奥马尔·阿布达耶在他们的实验室
信用:凯特琳·坎宁安 麻省理工学院麦戈文大脑研究所的研究人员发现了一种细菌酶，他们说这种酶可以扩展科学家的CRISPR工具包，使切割和编辑RNA变得容易，这种精度到目前为止只适用于DNA编辑
这种被称为Cas7-11的酶可以在不伤害细胞的情况下修饰RNA靶标，这表明它不仅是一种有价值的研究工具，还为治疗应用提供了一个肥沃的平台
“这种新的酶就像RNA的Cas9，”麦戈文研究员奥马尔·阿布达耶说，他指的是DNA切割CRISPR酶，这种酶通过使DNA编辑变得快速、廉价和精确而彻底改变了现代生物学
他补充说:“它会产生两个精确的切口，并且不会像其他酶一样在这个过程中破坏细胞。”
到目前为止，只有另外一个RNA靶向酶家族，Cas13，被广泛开发用于RNA靶向应用
然而，当Cas13识别出它的目标时，它会撕碎细胞中的任何核糖核酸，一路上摧毁细胞
和Cas9一样，Cas7-11也是可编程系统的一部分；它可以使用CRISPR指南针对特定的RNA靶标
Abudayyeh，McGovern Fellow Jonathan Gootenberg和他们的同事通过对微生物世界中发现的CRISPR系统的深入探索发现了Cas7-11
他们的发现最近发表在《自然》杂志上
探索自然多样性 像其他CRISPR蛋白一样，Cas7-11被细菌用作对抗病毒的防御机制
遇到新病毒后，使用CRISPR系统的细菌会以病原体遗传物质的一小部分的形式保存感染记录
如果病毒再次出现，CRISPR系统就会被激活，在一小块RNA的引导下，破坏病毒基因组，消除感染
这些古老的免疫系统广泛多样，不同的细菌部署不同的蛋白质来对抗它们的病毒入侵者
“一些目标DNA，一些目标RNA
有些在切割目标时非常有效，但有一些毒性，而另一些则没有
它们引入了不同类型的切割，它们在特异性等方面可能有所不同，”国家生物技术信息中心的进化生物学家尤金·库宁说
Abudayyeh、Gootenberg和Koonin一直在搜寻基因组序列，以了解CRISPR系统的自然多样性，并挖掘它们作为潜在的工具
Abudayyeh说，这个想法是利用进化已经在工程蛋白质机器中完成的工作
“我们不知道会发现什么，”阿布迪亚耶说，“但让我们探索一下，看看外面有什么。”
" 当研究小组仔细研究公共数据库以检查不同细菌防御系统的组成时，一种从东京湾分离的细菌中提取的蛋白质引起了他们的注意
它的氨基酸序列表明，它属于CRISPR系统的一类，该系统使用大型多蛋白机器来寻找和切割它们的目标
但是这种蛋白质似乎拥有独自完成这项工作所需的一切
库宁说，其他已知的单蛋白Cas酶，包括已被广泛用于DNA编辑的Cas9蛋白，属于CRISPR系统的一个单独类别——但Cas7-11模糊了CRISPR分类系统的界限
从工程的角度来看，这种酶很有吸引力，因为单个蛋白质比复杂的蛋白质更容易输送到细胞中，也更容易制造工具
但是它的组成也标志着一个意想不到的进化史
研究小组发现证据表明，通过进化，一个更复杂的Cas机器的组成部分已经融合在一起，形成了Cas7-11蛋白
Gootenberg把这等同于发现了蝙蝠，而你之前假设鸟类是唯一会飞的动物，从而认识到飞行有多种进化途径
“这完全改变了人们对这些系统的看法，无论是功能上还是进化上，”他说
精确编辑 当Gootenberg和Abudayyeh在他们的实验室中生产出Cas7-11蛋白并开始进行实验时，他们意识到这种不寻常的酶为操纵和研究RNA提供了一种强有力的手段
当他们把它和一个核糖核酸导向器一起引入细胞时，它进行了非常精确的切割，在不干扰其他核糖核酸的情况下剪切目标
这意味着他们可以使用Cas7-11改变RNA代码中的特定字母，纠正基因突变带来的错误
他们还能够对Cas7-11进行编程，以稳定或破坏细胞内特定的核糖核酸分子，这使他们能够调节这些核糖核酸编码的蛋白质水平
Abudayyeh和Gootenberg还发现，Cas7-11切割RNA的能力可能会受到一种蛋白质的抑制，这种蛋白质似乎也可能参与触发环程序性细胞死亡，这表明CRISPR防御和对感染的更极端反应之间可能存在联系
该团队表明，基因治疗载体可以将完整的Cas7-11编辑系统传递给细胞，Cas7-11不会损害细胞的健康
他们希望随着进一步的发展，这种酶有朝一日可能会被用于编辑患者RNA中的致病序列，这样他们的细胞就可以产生健康的蛋白质，或者降低由于遗传疾病而造成伤害的蛋白质水平
“我们认为Cas7-11切割的独特方式能够实现许多有趣和多样的应用，”Gootenberg说，并指出没有其他CRISPR工具能如此精确地切割RNA
“这是另一个很好的例子，说明这些基础生物学驱动的探索如何产生新的治疗和诊断工具，”他补充道
“当然，我们仍然只是触及自然多样性的表面
"
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