新的CRISPR工具开辟了更多的基因组进行编辑

基因组编辑系统CRISPR已成为医学研究中非常重要的工具，并最终可能在农业，生物能源和粮食安全等领域产生重大影响。靶向系统可以通过短序列RNA引导到基因组上的不同点，其中称为Cas9的DNA切割酶然后进行所需的编辑。

然而，尽管基因编辑工具取得了相当大的成功，但CRISPR-Cas9在基因组上可以访问的位置数量仍然有限。这是因为CRISPR需要在基因组上的靶位置侧翼的特定序列，称为原型间隔物相邻基序或PAM，以允许其识别该位点。

例如，最广泛使用的Cas9酶，化脓性链球菌Cas9(SpCas9)，需要两个G核苷酸作为其PAM序列，显着限制其可靶向的位置数量，至基因组上约9.9%的位点。

到目前为止，只有少数CRISPR酶具有最低的PAM要求，这意味着它们能够针对更广泛的位置。

现在麻省理工学院媒体实验室的研究人员，由媒体艺术和科学教授，分子机器研究小组负责人Joseph Jacobson领导，发现了Cas9酶，它可以靶向基因组中近一半的位置，显着扩大其潜力使用。他们在科学进展中报告他们的发现。

“CRISPR就像一个非常准确和高效的邮政系统，只要邮政编码以零结尾，就可以到达你想要去的任何地方，”雅各布森说。“因此它非常准确和具体，但它限制了你可以去的地点数量。”

为了开发更通用的CRISPR系统，研究人员实施了计算算法来对细菌序列进行生物信息学搜索，以确定是否存在任何类似的酶，其PAM限制性要求较低。

为了进行搜索，研究人员开发了一种数据分析软件工具，他们称之为SPAMALOT(通过目标对齐搜索PAM)。

这揭示了一些有趣的可能酶，但没有明显的赢家。因此，团队随后在实验室中构建了CRISPR的合成版本，以评估其性能。

他们发现，最成功的酶，来自犬链球菌(ScCas9)的Cas9，与已经广泛使用的Cas9酶惊人地相似，据媒体实验室的研究生，共同主要作者Pranam Chatterjee进行了研究。与研究生Noah Jakimo一起。

“这种酶看起来几乎与最初发现的酶相同......但它能够靶向常用酶不能的DNA序列，”Chatterjee说。

新酶只需要一个G，而不是两个G核苷酸作为其PAM序列，在基因组上开放更多的位置。

这应该允许CRISPR靶向许多先前已经超出系统范围的疾病特异性突变。

例如，一个典型的基因长度约为1000个基因，如果他们的目的是简单地敲除整个基因，研究人员可以为研究人员提供许多不同的定位点，Jacobson说。

然而，许多疾病，例如镰状细胞性贫血，是由单个碱基的突变引起的，使得它们更难以靶向。

“基础编辑不仅仅是在1000个基地的任何地方击中基因并将其敲除的问题;这是一个以非常精确的方式进入和纠正你想要改变的基因的问题，”雅各布森说。 。

“你需要能够到达那个非常精确的位置，将你的CRISPR机器放在它旁边，然后用基础编辑器 - 另一种连接到CRISPR的蛋白质进入并修复或改变基础，”他说。

新的CRISPR工具在这些应用中可能特别有用。

“我们很高兴能将ScCas9送到基因组编辑社区，并收到他们对未来发展的反馈，”Chatterjee说。

雅各布森表示，研究人员现在希望利用他们的技术找到能够进一步扩展CRISPR系统靶向范围的其他酶，而不会降低其准确性。

“我们有信心能够追踪基因组上的每个地址，”他说。