一群古老的微生物,其中包含一些地球上最小的生命形式也有最小的CRISPR基因編輯機(jī)器發(fā)現(xiàn)了迄今為止。矮小的蛋白質(zhì)機(jī)械,被稱為Cas14,但有關(guān)三分之一的大小Cas9蛋白質(zhì),業(yè)務(wù)結(jié)束CRISPR-Cas9革命基因編輯工具。Cas9隔絕細(xì)菌的時候,發(fā)現(xiàn)Cas14基因組的一群Archaea-a原始相對最小的細(xì)胞和細(xì)菌包含一些最小的基因組。

Cas9和其他中科院微生物蛋白質(zhì)是防御系統(tǒng)進(jìn)化的一部分,以保護(hù)自己免受病毒。都是有針對性的酶,尋找并將非常有選擇性地綁定到一個特定的DNA或RNA序列微生物,那些匹配序列存儲在其CRISPR記憶銀行早前病毒感染和然后削減DNA或RNA禁用新入侵者。

像Cas9 Cas14有潛力作為生物技術(shù)工具。因?yàn)樗捏w積小,Cas14可能是有用的在編輯基因在小細(xì)胞或病毒。但是其單鏈DNA切割活動,它更有可能提高快速CRISPR診斷系統(tǒng)現(xiàn)在正在開發(fā)的傳染病,基因突變和癌癥。

“分子診斷,您希望能夠目標(biāo)雙鏈DNA單鏈DNA和RNA,”盧卡斯·哈林頓說,加州大學(xué)伯克利分校的研究生和一篇論文的第一作者報告發(fā)現(xiàn)。“Cas12擅長雙鏈DNA識別,Cas13現(xiàn)在擅長單鏈RNA識別和Cas14完成集:擅長單鏈DNA識別。”

Cas14 Cas12和Cas13相似,綁定到目標(biāo)DNA序列之后,它開始不分青紅皂白地削減所有單鏈DNA在細(xì)胞。相比之下,Cas9綁定,只削減目標(biāo)DNA。

DNA是一個可能的缺點(diǎn)的濫伐療法,但在診斷一個很大的優(yōu)勢。Cas14蛋白可以與熒光標(biāo)記連接到一塊的單鏈DNA。當(dāng)Cas14綁定到目標(biāo)傳染性細(xì)菌和DNA測序癌癥基因或基因開始切割DNA,它也會降低DNA與標(biāo)記,生成一個熒光信號。

“Cas14目標(biāo)單鏈DNA比Cas12更具體的方式,“添加哈林頓的同事,珍妮絲,最近從加州大學(xué)伯克利分校獲得了哲學(xué)博士學(xué)位。“這是一個意想不到的發(fā)現(xiàn)。因?yàn)樗苄?所以我們幾乎認(rèn)為它可以工作,但實(shí)際上這是super-specific,這使得它也很強(qiáng)大的診斷工具。”

哈林頓,陳和他們的同事們,包括CRISPR-Cas9發(fā)明家Jennifer Doudna加州大學(xué)伯克利分校教授的分子和細(xì)胞生物學(xué)和化學(xué),適應(yīng)了Cas14與診斷系統(tǒng),叫做DETECTR,它現(xiàn)在使用Cas12和Cas13快速檢測傳染性生物和基因突變的存在。哈林頓,Doudna和陳是公司的共同創(chuàng)始人,龐大的生物科學(xué),商業(yè)化DETECTR。

發(fā)現(xiàn)將在網(wǎng)上公布10月18日提前印刷出版在《科學(xué)》雜志上。Doudna霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員和創(chuàng)新的基因組學(xué)研究所的主任。班菲爾德是IGI的微生物引起。

Cas14蛋白被發(fā)現(xiàn)co-first作者哈林頓大衛(wèi)Burstein,現(xiàn)在在以色列特拉維夫大學(xué)的一位教授,他們尋找中科院微生物基因組的變異在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建了過去15年的加州大學(xué)伯克利分校的同事領(lǐng)導(dǎo)的研究小組吉爾班菲爾德,地球和行星科學(xué)和環(huán)境科學(xué)教授,政策和管理?；蚪M,在成千上萬的編號,是通過宏基因組測序的DNA樣本各種異國情調(diào)的環(huán)境。Cas14發(fā)現(xiàn)古生菌的基因組測序的地下水樣品從有毒清理網(wǎng)站獲得步槍,科羅拉多。

兩年前,哈林頓和Burstein發(fā)現(xiàn)其他小型Cas蛋白質(zhì),CasX和卡西,而礦業(yè)宏基因組數(shù)據(jù)庫。

Cas14大小的一半400和700個氨基酸長度CasX和比所有其他已知的Cas系統(tǒng)小,長度范圍從950年到1400年氨基酸。

“通過偶發(fā)事件,我們發(fā)現(xiàn)這些非常小的蛋白質(zhì),而其他人就扔掉,因?yàn)樗麄儾幌裰八狢RISPR系統(tǒng)。Harrington說:“它們太小了。“我們決定,到底,讓我們試一試。我們測試出來,我們震驚地發(fā)現(xiàn),這些都是實(shí)際功能的系統(tǒng)。”

數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)的基因Cas14僅僅是個開始。迄今為止最Cas蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌,因此適用于標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室細(xì)菌,大腸桿菌。但Cas14來自古菌和一群古生菌的最小,稱為DPANN。所有中科院蛋白質(zhì)的RNA結(jié)合位瞄準(zhǔn)和綁定,但與CRISPR-Cas9 RNA Cas14行不通,所以團(tuán)隊(duì)也有魚從數(shù)據(jù)庫中必須存在的兩個RNA Cas14函數(shù)。

此外,DPANN古生菌不能生長在實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)寄生或在某種程度上依賴于其他大型Archaea-so研究者必須創(chuàng)建合適的環(huán)境在試管中。

符合它的起源在一種更原始的微生物,縮減Cas14似乎更原始版本的更大、更復(fù)雜的Cas9和Cas12蛋白質(zhì),哈林頓說,暗示在漫長的分子進(jìn)化更專業(yè)。研究人員希望能從這些原始Cas蛋白質(zhì),ca酶的基本組件,這樣他們就可以設(shè)計最緊湊和光滑的基因刀具。

哈林頓指出宏基因組挖掘了各種版本的Cas14可能被證明是有用的生物技術(shù)工具。“一個神奇的事情……這些系統(tǒng)是多么不同,”他說。“我們描述40多個新的CRISPR-Cas14系統(tǒng)和八個不同的亞型。這打開了閘門的調(diào)查這些新的CRISPR系統(tǒng)。”