已經(jīng)徹底改變疾病研究的工具可能很快會(huì)變得更好，這要?dú)w功于細(xì)菌中的偶然發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了許多最嚴(yán)重的腦膜炎病例。這種工具被稱為CRISPR-Cas9，可以作為分子剪刀，能夠在正確的位置切割DNA。但它不能削減細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的其他種類(lèi)的遺傳物質(zhì)，稱為RNA。

現(xiàn)在，研究人員在美國(guó)密歇根大學(xué)發(fā)現(xiàn)了一種單一的蛋白可在DNA和RNA進(jìn)行CRISPR-風(fēng)格，精準(zhǔn)的可編程切割。這種蛋白質(zhì)是最初的幾種Cas9s之一，可用于兩種類(lèi)型的遺傳物質(zhì)而無(wú)需人工輔助成分。

他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室試管中進(jìn)行的最初生物化學(xué)研究發(fā)表在Molecular Cell雜志上，顯示了使用名為NmeCas9的蛋白質(zhì)的新CRISPR方法的前景。它來(lái)源于腦膜炎奈瑟菌(Neisseria meningitidis)，這種細(xì)菌每年引起一些最嚴(yán)重和致命的腦膜炎病例。

現(xiàn)在，該團(tuán)隊(duì)正在努力測(cè)試活細(xì)菌細(xì)胞中的工具，看看NmeCas9是否達(dá)到了他們?cè)谠嚬苤锌吹降男Ч?。他們希望最終進(jìn)入人體細(xì)胞。如果它起作用，NmeCas9可以幫助擴(kuò)展CRISPR在許多疾病中研究 - 或許可能干預(yù) - 的作用。

“我們的蛋白質(zhì)具有雙重功能 - 能夠同時(shí)靶向DNA和RNA - 這一事實(shí)使我們有機(jī)會(huì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行雙重靶向，”負(fù)責(zé)生物化學(xué)的UM助理教授Yan Zhang博士說(shuō)。研究小組。“它可能會(huì)同時(shí)對(duì)RNA和DNA進(jìn)行CRISPR切割，或者只對(duì)單鏈信使RNA進(jìn)行切割，而不會(huì)影響基因組區(qū)域。”

在細(xì)胞中，染色體中包含的DNA充當(dāng)了制造細(xì)胞所需內(nèi)容的永久性百科全書(shū)。但要實(shí)際制造任何東西，細(xì)胞需要從染色體轉(zhuǎn)錄的RNA。

RNA在細(xì)胞中最重要的功能之一是DNA的“復(fù)制”，因此細(xì)胞內(nèi)的機(jī)器可以讀取指令并制造蛋白質(zhì)。許多疾病都是由細(xì)胞RNA問(wèn)題引起的。

Zhang和共同第一作者Beth A. Rousseau和Hougang Zhong，Ph.D。在UM醫(yī)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)并測(cè)試了NmeCas9蛋白。

魔術(shù)剪刀

CRISPR“剪刀”技術(shù)在短短五年內(nèi)改變了研究。它使數(shù)百個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)能夠剪掉突變的染色體部分，或者看看當(dāng)某個(gè)基因不存在時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

為了簡(jiǎn)單地理解CRISPR，想象一把剪刀的一側(cè)有一個(gè)拉鏈連接到刀片的尖端。為了在正確的位置切割一段DNA，拉鏈必須與一段DNA完全匹配，直到那個(gè)位置 - 形成一個(gè)緊密的粘合，將剪刀定位在正確的位置。

在CRISPR中，“拉鏈”由特殊設(shè)計(jì)的RNA制成，“剪刀”效應(yīng)來(lái)自于利用稱為Cas9的蛋白質(zhì)或酶的天然切割作用。CRISPR革命使得設(shè)計(jì)獨(dú)特的RNA拉鏈成為可能，這些拉鏈可以附著在疾病中發(fā)揮作用的特定基因，并將其切除。

據(jù)報(bào)道，首次使用CRISPR切割有缺陷的DNA部分的人體臨床試驗(yàn)正在中國(guó)進(jìn)行，準(zhǔn)備開(kāi)始在美國(guó)研究也正在研究是否可以通過(guò)研究來(lái)改變含有疾病相關(guān)基因突變的人類(lèi)胚胎盡管對(duì)這種做法的倫理含義存在爭(zhēng)議，但稱為“種系編輯”。

靈巧的剪刀 - 意外

張和她的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新技術(shù)旨在生產(chǎn)一對(duì)通用基因剪刀。而且，由于NmeCas9是比CRISPR編輯中使用的其他Cas9蛋白小得多的蛋白質(zhì)，他們希望它更有用。

NmeCas9的發(fā)現(xiàn)是偶然發(fā)生的，當(dāng)時(shí)研究小組正在研究切割DNA中NmeCas9蛋白的基本功能。UM團(tuán)隊(duì)使用RNA作為比較，或?qū)φ諛颖?- 但注意到它也被削減了。

深入挖掘，他們發(fā)現(xiàn)了NmeCas9的雙切割功能，并開(kāi)始進(jìn)行生物化學(xué)測(cè)試。

除了他們的發(fā)現(xiàn)之外，他們還意識(shí)到其他群體也在準(zhǔn)備報(bào)告來(lái)自其他細(xì)菌的Cas9蛋白，這些蛋白可以進(jìn)行不需要任何刺激性輔因子的RNA靶向。

“如果NmeCas9在體外活細(xì)胞中發(fā)揮作用，我們可以將其作為編輯信使RNA轉(zhuǎn)錄物的工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這意味著我們可以在不操縱基因本身的情況下阻斷基因產(chǎn)物，”張說(shuō)。“我們也可以利用它作為一種研究工具，為特定的RNA序列提供熒光標(biāo)記，或阻斷RNA剪接等事件。所有用CRISPR Cas9操縱染色體的方法，我們可以做到RNA水平。“