如何使基因编辑工具CRISPR更好地工作

近年来最重要的科学进步包括发现和开发使用称为CRISPR的快速且价格合理的技术对生物进行基因改造的新方法。现在，德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家表示，他们已经确定了这项技术的简单升级，这将导致更准确的基因编辑和更高的安全性，这可以打开基因编辑的大门，足以安全地用于人类。

分子生物学家团队发现了确凿的证据，证明Cas9是目前用于CRISPR基因编辑的最受欢迎的酶，也是第一个被发现的酶，其效力和精确度低于一种较少使用的CRISPR蛋白，称为Cas12a。

由于Cas9更有可能编辑植物或动物基因组的错误部分，破坏健康功能，科学家们认为切换到Cas12a将导致更安全，更有效的基因编辑，他们的研究发表于8月2日的分子报细胞。

“总体目标是找到大自然赋予我们的最佳酶，然后使其更好，而不是采取历史事故中发现的第一种酶，”分子生物科学助理教授兼合着者Ilya Finkelstein说。这项研究。

科学家们已经在使用CRISPR，这是细菌用来抵御病毒的一种天然机制，可以更多地了解人类基因，对植物和动物进行基因改造，并开发出像科学小说一样的进步，就像含有抗肥胖小鼠基因的猪一样更瘦的培根。许多人希望CRISPR能够为人类疾病和具有更高产量或抵抗干旱和害虫的作物提供新的治疗方法。

但是在自然界中发现的CRISPR系统有时会针对基因组中的错误位置，这种方法应用于人类可能是灾难性的，例如，无法纠正遗传疾病，而是将健康细胞转变为癌细胞。

之前的一些研究暗示Cas12a比Cas9更具选择性，但之前的研究尚无定论。研究人员说，这项最新研究通过证明Cas12a是一种比Cas9更精确的基因编辑手术刀并解释原因来结束此案。

由研究生Isabel Strohkendl和Rick Russell教授领导的研究小组发现Cas12a比较喜欢它，因为它像Velcro一样绑定到基因组目标，而Cas9更像是超级胶水。每种酶都带有一小段用RNA编写的遗传密码，它与病毒DNA中编写的目标遗传密码串相匹配。当它碰到一些DNA时，酶开始尝试通过形成碱基对来结合它 - 从一端开始并沿着它的方向前进，测试看一边的每个字母(DNA)与相邻字母的匹配程度。另一方(RNA)。

对于Cas9，每个碱基对紧紧地粘在一起，就像少量的超级胶水一样。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。换句话说，Cas9会关注基因组目标中的前七个或八个字母，但随着过程的进行而不太注意，这意味着它很容易忽略过程中的不匹配，导致它编辑错误的部分。基因组。

对于Cas12a，它更像是一个魔术贴表带。在沿途的每个点，债券相对较弱。在整个地带都需要一个很好的匹配，让双方能够在一起做足够长的时间进行编辑。这使得它更有可能只编辑基因组的预期部分。

“这使得碱基对形成的过程更加可逆，”拉塞尔说。“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。”

研究人员表示Cas12a仍然不完美，但该研究还提出了Cas12a可以进一步改进的方法，也许有一天会实现创建“精确手术刀”的梦想，这是一种基本上防错的基因编辑工具。

“总的来说，Cas12a更好，但有些地方Cas12a仍然令人惊讶地对其RNA和基因组靶标之间的错误配对视而不见，”Finkelstein说。“因此，我们的工作所做的是为进一步改进Cas12a提供明确的前进道路。”

研究人员目前正在一个后续项目中使用这些见解，旨在设计改进的Cas12a。

该研究的其他合着者是研究生James Rybarski和前本科生Fatema Saifuddin。

这项工作得到了国家普通医学科学研究所和韦尔奇基金会的资助。