如果你能仔細(xì)聆聽古生菌，你可能會(huì)聽到它們忙于分解單鏈DNA，這很可能是病毒的傳染性物質(zhì)。如果你仔細(xì)觀察，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)這些微生物使用的切碎工具是一種微小的Cas蛋白質(zhì)，而不是那種因其在CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)中的作用而出名的又大又笨重的Cas9蛋白質(zhì)，而是另一種Cas9，一種叫做Cas14的蛋白質(zhì)。

盡管研究人員一直在尋找可以添加到基因編輯工具箱中的額外Cas蛋白，但Cas14一直被忽略了，可能是因?yàn)樗推渌徽J(rèn)為太小而不能與CRISPR系統(tǒng)一起工作的蛋白一起被丟棄了。然而，Cas14并沒有逃過加州大學(xué)伯克利分?？茖W(xué)家團(tuán)隊(duì)的注意。

CRISPR的先驅(qū)、加州大學(xué)伯克利分校生物化學(xué)、生物物理學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)教授詹妮弗·a·杜德納(Jennifer a . Doudna)博士領(lǐng)導(dǎo)的這個(gè)團(tuán)隊(duì)，在篩選了數(shù)萬個(gè)基因組后發(fā)現(xiàn)了Cas14。研究小組在美國科羅拉多州來福市的一個(gè)有毒清污點(diǎn)抽取的地下水樣本中發(fā)現(xiàn)了古細(xì)菌的基因組Cas14。

據(jù)伯克利的研究人員稱，Cas14有潛力成為一種生物技術(shù)工具。由于其體積小，Cas14在小細(xì)胞或某些病毒的基因編輯中可能是有用的。但憑借其單鏈DNA切割活性，它更有可能改進(jìn)目前正在開發(fā)的針對傳染病、基因突變和癌癥的快速CRISPR診斷系統(tǒng)。

“對于分子診斷，你希望能夠針對雙鏈DNA、單鏈DNA和RNA，”加州大學(xué)伯克利分校杜德納博士團(tuán)隊(duì)的研究生盧卡斯哈林頓(Lucas Harrington)說。“Cas12非常擅長雙鏈DNA識別，Cas13非常擅長單鏈RNA識別，現(xiàn)在Cas14完成了這個(gè)集合:它非常擅長單鏈DNA識別。”

有關(guān)Cas14的細(xì)節(jié)10月18日發(fā)表在《科學(xué)》(Science)雜志上的一篇文章《微型CRISPR-Cas14酶對DNA的程序化破壞》(programming DNA destruction by micro - CRISPR-Cas14 ases)。這篇論文指出，雖然rna引導(dǎo)的Cas酶通常相當(dāng)大(950-1400個(gè)氨基酸)，但Cas 14異常緊湊(400-700個(gè)氨基酸)。

這篇文章的作者寫道:“盡管Cas14蛋白體積小，但它們能夠在不受序列限制的情況下進(jìn)行靶向單鏈DNA (ssDNA)切割。”“此外，Cas14的目標(biāo)識別可觸發(fā)ssDNA分子的非特異性切割，這一活動(dòng)可實(shí)現(xiàn)高保真SNP基因分型(Cas14- detectr)。”

Cas14與Cas12和Cas13相似，在與目標(biāo)DNA序列結(jié)合后，開始不加選擇地切割細(xì)胞內(nèi)的所有單鏈DNA。(相比之下，Cas9只結(jié)合和切割目標(biāo)DNA。)也就是說，和Cas12一樣，Cas14也有靶向的，非特異性的DNase活性。與Cas12一樣，cas14也可以作為DNA檢測平臺(DNA endonuclease-targeted CRISPR trans reporter;用于診斷用途。

盡管隨意切斷DNA在治療中可能是一個(gè)缺點(diǎn)，但在診斷中卻是一個(gè)巨大的優(yōu)點(diǎn)。Cas14蛋白可以與附著在單鏈DNA上的熒光標(biāo)記物配對。當(dāng)Cas14與目標(biāo)DNA序列(癌癥基因或感染性細(xì)菌基因)結(jié)合并開始切割DNA時(shí)，它也會(huì)切割與標(biāo)記物連接的DNA，產(chǎn)生熒光信號。

“與Cas12相比，Cas14針對單鏈DNA的靶向方式要具體得多，”這項(xiàng)研究的合著者珍妮絲陳(Janice Chen)說。她最近剛從加州大學(xué)伯克利分校(UC Berkeley)獲得博士學(xué)位。這真是一個(gè)出乎意料的發(fā)現(xiàn)。因?yàn)樗侨绱酥。覀儙缀醪徽J(rèn)為它可以工作，但實(shí)際上，它是超特異性的，這使它成為診斷工具箱中一個(gè)非常強(qiáng)大的補(bǔ)充。

哈林頓觀察到，小型的Cas14似乎是更大、更復(fù)雜的Cas9和Cas12蛋白質(zhì)的更原始版本，這與它在更原始的微生物中的起源一致。這表明，這些分子經(jīng)過了漫長的進(jìn)化，變得更加專門化。加州大學(xué)伯克利分校的研究人員希望從這些原始的Cas蛋白中學(xué)習(xí)，這些蛋白是Cas酶的重要組成部分，這樣他們就可以設(shè)計(jì)出最緊湊、最光滑的基因切碎機(jī)。

哈林頓指出，元基因組挖掘發(fā)現(xiàn)了Cas14的不同版本，這些版本可能被證明是有用的生物技術(shù)工具。他說:“令人驚訝的是，這些系統(tǒng)是如此的多樣化。”我們已經(jīng)描述了40多個(gè)新的CRISPR-Cas14系統(tǒng)和8種不同的亞型。這為研究這些新的CRISPR系統(tǒng)打開了閘門。