|
1 CRISPR,，全名“常間回文重復(fù)序列叢集”（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats),，常被我們稱為基因魔剪。這種科學(xué)家通過在細(xì)菌的免疫系統(tǒng)里發(fā)現(xiàn)的可以在其他生物體內(nèi)編輯基因的工具，無疑是一種革命性的技術(shù),，它大大提高了以往需要長年累月才能完成的基因編輯工作的效率,。 近年來，以CRISPR為基礎(chǔ)的基因篩選已成功幫助科學(xué)家們識別出了在鐮狀細(xì)胞性貧血,、癌癥免疫治療,、肺癌轉(zhuǎn)移和許多其他疾病中起到關(guān)鍵作用的基因。 然而,，這些基因篩選的范圍是有限的,，它們只能編輯、靶向DNA,。這就會帶來許多限制,，因?yàn)閷θ祟惢蚪M的許多區(qū)域來說，以DNA為靶點(diǎn)可能并不能奏效,；而對于一些其他生物,，比如冠狀病毒、流感病毒等RNA病毒來說,，現(xiàn)有的靶向DNA的CRISPR技術(shù)也不能起到任何作用,。 2 3月16日，《自然-生物技術(shù)》雜志刊登了一篇重要論文,，來自紐約基因組中心和紐約大學(xué)的Neville Sanjana團(tuán)隊(duì)報告了一種新的,、可以靶向RNA的CRISPR篩選技術(shù)。在論文中,，研究人員介紹了一種名為Cas13的酶可以被用于靶向RNA（而非DNA）的CRISPR篩選技術(shù),。  ○ Cas13酶沿著RNA傳播。| 圖片來源：Christian Stolte Cas13是VI型CRISPR酶,，這是一類近年才被發(fā)現(xiàn)的具有核酸酶活性的RNA靶向蛋白,，它們能在不改變基因組的情況下,，將靶基因敲除,。這種特性使Cas13有望成為一種有效的治療手段，可以在不永久性地改變基因組序列的情況下,，影響基因表達(dá),。 利用Cas13，研究人員得到了一個被優(yōu)化過的,、可在RNA水平上對人類細(xì)胞進(jìn)行大規(guī)模并行基因篩選的平臺,。利用這個基因篩選平臺，研究人員可以從各個方面了解RNA調(diào)控,，以及用于鑒定非編碼RNA（不能編碼蛋白質(zhì)的RNA分子）的功能,。 他們通過靶向人類RNA轉(zhuǎn)錄本中的數(shù)千個不同位點(diǎn),，發(fā)展出了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測模型，這種模型可以快速地識別出最有效的Cas13指導(dǎo)RNA（gRNA）,。 gRNA是一種在可以RNA編輯過程中提供核苷酸的插入或刪除信息的小型非編碼RNA,。對于CRISPR技術(shù)來說，使用合適的Cas蛋白和設(shè)計(jì)出正確的gRNA是CRISPR基因篩選成功的關(guān)鍵,。有了這項(xiàng)新的技術(shù)，研究人員就可以通過一個交互網(wǎng)站和一個開源工具箱,，來預(yù)測自定義RNA靶點(diǎn)的gRNA效率,，并為所有的人類蛋白編碼基因提供預(yù)先設(shè)計(jì)的gRNA。 在這項(xiàng)研究中,，論文的共同第一作者Hans-Hermann Wessels和Alejandro Mendez-Mancilla發(fā)展出了一套新的基于Cas13的工具,，收集了超過24000個gRNA的信息。在這個過程中,，發(fā)現(xiàn)了一些或許能擴(kuò)大RNA靶向Cas13酶的應(yīng)用的生物學(xué)發(fā)現(xiàn),。  ○ Hans-Hermann Wessels（左）、Alejandro Mendez-Mancilla（中）,，Neville Sanjana（右）,。| 圖片來源：紐約基因組中心 例如，其中一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)就是關(guān)于在識別靶RNA時,，gRNA的哪些區(qū)域更加重要,。他們使用了數(shù)千個含有1個、2個,、3個單堿基與靶RNA的堿基不匹配的gRNA,，識別出了一個關(guān)鍵的“種子”區(qū)域，這個區(qū)域?qū)RISPR的指導(dǎo)與靶點(diǎn)之間的不匹配異常敏感,。這對gRNA的設(shè)計(jì)來說是非常有用的發(fā)現(xiàn),。 由于一個典型的人類細(xì)胞大約可以表達(dá)100000個RNA，因此,，準(zhǔn)確定位Cas13的預(yù)定靶點(diǎn)對于篩選和治療應(yīng)用來說至關(guān)重要,。“種子”區(qū)域不僅進(jìn)一步加深了我們對Cas13脫靶的理解,，它還可被用于研究下一代生物傳感器,，做到更精確地區(qū)分近親RNA物種。 3 最近,，研究人員還將他們的gRNA預(yù)測模型利用到了正在肆虐的冠狀病毒Sars-CoV-2上,，我們知道COVID-19正是由這種含有RNA而非DNA基因組的冠狀病毒所引起的。研究人員表示,，利用從這個新的模型,，他們已經(jīng)確定了可用于未來的檢測和治療的最佳gRNA,。 總體而言，新的研究將Cas13中的哺乳動物細(xì)胞的數(shù)據(jù)點(diǎn)增加了兩個數(shù)量級以上,，這對推進(jìn)基因組學(xué)和精準(zhǔn)醫(yī)療具有極為重大的意義,。 參考來源： |
|
|
