科技日報記者 張夢然
瑞士蘇黎世大學(xué)與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院聯(lián)合團隊通過設(shè)計小而強大的TnpB蛋白開發(fā)出一種變體。該變體修飾DNA的效率提高了4.4倍，成為一種緊湊、有效的基因編輯新工具。研究成果發(fā)表在最新一期《自然·方法》雜志上。
CRISPR-Cas系統(tǒng)由蛋白質(zhì)和RNA組成，最初是作為細(xì)菌抵御入侵病毒的自然防御機制而開發(fā)的。
Cas蛋白是從更小的蛋白質(zhì)進化而來的，其中TnpB是Cas12的祖先。由于Cas蛋白的大尺寸限制了將其遞送到體內(nèi)目標(biāo)細(xì)胞，最新研究試圖使用其較小的進化祖細(xì)胞作為基因組編輯工具。
TnpB蛋白存在于多種細(xì)菌和古細(xì)菌中。此次研究團隊優(yōu)化了TnpB，使其可比原始蛋白更有效地編輯哺乳動物細(xì)胞的DNA。訣竅是通過兩種方式修改該工具：首先，使其更有效地進入基因組DNA所在的細(xì)胞核；其次，使其也針對替代基因組序列。
團隊在10211個不同的靶位點測試了TnpB。利用新開發(fā)的人工智能模型，團隊能預(yù)測任何給定目標(biāo)位點的TnpB編輯效率，從而更容易、更快速地設(shè)計基因編輯實驗。通過這些預(yù)測，團隊在小鼠肝臟中實現(xiàn)了高達75.3%的效率，在小鼠大腦中實現(xiàn)了高達65.9%的效率。
團隊能使用臨床上可行的腺相關(guān)病毒載體，有效地將工具運輸?shù)叫∈蠹?xì)胞中。由于其體積小，TnpB基因編輯系統(tǒng)可包裝成單個病毒顆粒。相比之下，CRISPR-Cas9成分必須包裝成多個病毒顆粒，這意味著需要應(yīng)用更高的載體劑量。
動物實驗進一步表明，新工具能編輯一個調(diào)節(jié)膽固醇水平的基因，從而將實驗小鼠的膽固醇降低近80%。
總編輯圈點
基因編輯讓人類擁有了非凡能力，可對生物體的遺傳指令進行精確修改。引起廣泛關(guān)注的CRISPR編輯技術(shù)，用到的蛋白通常為Cas9和Cas12。不過，這些蛋白比較笨重，“拖家?guī)Э凇?。TnpB被認(rèn)為是Cas12的祖先，它更古老，也更緊湊，是有巨大潛力的微型基因編輯工具。此次，研究團隊優(yōu)化了TnpB，把這把“剪刀”打磨得更為鋒利。它能更有效地編輯哺乳動物細(xì)胞的DNA，實現(xiàn)了更加簡易的基因編輯。
