基因編輯作為一種新興的基因工程技術(shù)，其本質(zhì)是人為地改變自然選擇。目前廣泛使用的“基因剪刀”是CRISPR-Cas9，該技術(shù)在一系列基因治療的應(yīng)用領(lǐng)域都展現(xiàn)出極大的應(yīng)用前景，但過(guò)大的蛋白分子成為CRISPR未來(lái)應(yīng)用方式中最重要的瓶頸之一。

最近，來(lái)自美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校創(chuàng)新基因組學(xué)研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新型基因編輯工具——CasΦ，它是一種功能最小的CRISPR-Cas系統(tǒng)，由1?70 KD的CasΦ蛋白和一個(gè)CRISPR陣列組成，且僅在巨型噬菌體的基因組中編碼，其體積是CRISPR-Cas 9的一半，這項(xiàng)研究成果于7月16日發(fā)表在《Science》雜志上。

DOI: 10.1126/science.abb1400

CasΦ（Cas12j）是巨型噬菌體分枝中編碼的Cas蛋白家族，巨型噬菌體用它來(lái)誘使細(xì)菌抵抗自身而不是自身的病毒。它使用單個(gè)活性位點(diǎn)進(jìn)行CRISPR RNA（crRNA）加工和crRNA指導(dǎo)的DNA切割，以靶向外來(lái)核酸。

研究人員首先要確定CasΦ是否能作為真正的CRISPR-Cas系統(tǒng)。他們發(fā)現(xiàn)，CasΦ在其天然環(huán)境中是一種功能性噬菌體蛋白和真正的CRISPR-Cas效應(yīng)子，能夠裂解crRNA互補(bǔ)的DNA。此外，這種單RNA系統(tǒng)比其他活性CRISPR-Cas系統(tǒng)緊湊得多。

接下來(lái)，研究小組需要了解CasΦ在體外對(duì)DNA的識(shí)別和裂解要求。結(jié)果表明，CasΦ的裂解活性僅在識(shí)別順式DNA時(shí)才能觀察到，而且只需要最低的PAM條件，這可能有利于更廣泛的核酸檢測(cè)。

最后，為了研究CasΦ是否能用于人類基因組編輯，研究人員在HEK293細(xì)胞中使用了與crRNA共表達(dá)的CasΦ進(jìn)行了基因破壞測(cè)定。他們發(fā)現(xiàn)，CasΦ-2和CasΦ-3誘導(dǎo)了基因組整合增強(qiáng)型綠色熒光蛋白（EGFP）基因的定向破壞。其中，具有單個(gè)指導(dǎo)RNA的CasΦ-2能夠編輯多達(dá)33％的細(xì)胞，這與先前報(bào)道的CRISPR-Cas9，CRISPR-Cas12a和CRISPR-CasX的水平相當(dāng)。

巨噬細(xì)胞編碼的CasΦ在其宿主的超感染情況下的功能示意圖

其實(shí)，這并不是CasΦ的首次亮相。它最早是由這項(xiàng)研究的另一位主要作者——IGI的一名博士生Basem Al-Shayeb發(fā)現(xiàn)的，這項(xiàng)研究于今年2月12日發(fā)表在《Nature》上。當(dāng)時(shí)，Al-Shayeb正在加州大學(xué)伯克利分校地球與行星科學(xué)系教授Jillian F. Banfield的實(shí)驗(yàn)室工作。他們認(rèn)為，這種含有CasΦ的巨型噬菌體是已有巨型噬菌體的成員之一，并且存在于多種環(huán)境中。

最近的這一發(fā)現(xiàn)揭示了CasΦ巨大的基因編輯潛力，從而為細(xì)胞傳遞提供了優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)大了基因編輯的“工具箱”。更重要的是，CasΦ蛋白將巨型噬菌體推向人類健康發(fā)現(xiàn)和生物技術(shù)應(yīng)用的前沿。但對(duì)于優(yōu)化CasΦ用于基因編輯，以及探索用于設(shè)計(jì)靶向特定基因的指導(dǎo)RNA的最佳方法上，研究人員還有很長(zhǎng)的路要走。

參考資料：

[1] CRISPR-CasF from huge phages is a hypercompact genome editor.