1
CRISPR，全名“常间回文重复序列丛集”（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)，常被我们称为基因魔剪。这种科学家通过在细菌的免疫系统里发现的可以在其他生物体内编辑基因的工具，无疑是一种革命性的技术，它大大提高了以往需要长年累月才能完成的基因编辑工作的效率。
近年来，以CRISPR为基础的基因筛选已成功帮助科学家们识别出了在镰状细胞性贫血、癌症免疫治疗、肺癌转移和许多其他疾病中起到关键作用的基因。
然而，这些基因筛选的范围是有限的，它们只能编辑、靶向DNA。这就会带来许多限制，因为对人类基因组的许多区域来说，以DNA为靶点可能并不能奏效；而对于一些其他生物，比如冠状病毒、流感病毒等RNA病毒来说，现有的靶向DNA的CRISPR技术也不能起到任何作用。
2
3月16日，《自然-生物技术》杂志刊登了一篇重要论文，来自纽约基因组中心和纽约大学的Neville Sanjana团队报告了一种新的、可以靶向RNA的CRISPR筛选技术。在论文中，研究人员介绍了一种名为Cas13的酶可以被用于靶向RNA（而非DNA）的CRISPR筛选技术。
○ Cas13酶沿着RNA传播。| 图片来源：Christian Stolte
Cas13是VI型CRISPR酶，这是一类近年才被发现的具有核酸酶活性的RNA靶向蛋白，它们能在不改变基因组的情况下，将靶基因敲除。这种特性使Cas13有望成为一种有效的治疗手段，可以在不永久性地改变基因组序列的情况下，影响基因表达。
利用Cas13，研究人员得到了一个被优化过的、可在RNA水平上对人类细胞进行大规模并行基因筛选的平台。利用这个基因筛选平台，研究人员可以从各个方面了解RNA调控，以及用于鉴定非编码RNA（不能编码蛋白质的RNA分子）的功能。
他们通过靶向人类RNA转录本中的数千个不同位点，发展出了一种基于机器学习的预测模型，这种模型可以快速地识别出最有效的Cas13指导RNA（gRNA）。
gRNA是一种在可以RNA编辑过程中提供核苷酸的插入或删除信息的小型非编码RNA。对于CRISPR技术来说，使用合适的Cas蛋白和设计出正确的gRNA是CRISPR基因筛选成功的关键。有了这项新的技术，研究人员就可以通过一个交互网站和一个开源工具箱，来预测自定义RNA靶点的gRNA效率，并为所有的人类蛋白编码基因提供预先设计的gRNA。
在这项研究中，论文的共同第一作者Hans-Hermann Wessels和Alejandro Mendez-Mancilla发展出了一套新的基于Cas13的工具，收集了超过24000个gRNA的信息。在这个过程中，发现了一些或许能扩大RNA靶向Cas13酶的应用的生物学发现。
○ Hans-Hermann Wessels（左）、Alejandro Mendez-Mancilla（中），Neville Sanjana（右）。| 图片来源：纽约基因组中心
例如，其中一项发现就是关于在识别靶RNA时，gRNA的哪些区域更加重要。他们使用了数千个含有1个、2个、3个单碱基与靶RNA的碱基不匹配的gRNA，识别出了一个关键的“种子”区域，这个区域对CRISPR的指导与靶点之间的不匹配异常敏感。这对gRNA的设计来说是非常有用的发现。
由于一个典型的人类细胞大约可以表达100000个RNA，因此，准确定位Cas13的预定靶点对于筛选和治疗应用来说至关重要。“种子”区域不仅进一步加深了我们对Cas13脱靶的理解，它还可被用于研究下一代生物传感器，做到更精确地区分近亲RNA物种。
3
最近，研究人员还将他们的gRNA预测模型利用到了正在肆虐的冠状病毒Sars-CoV-2上，我们知道COVID-19正是由这种含有RNA而非DNA基因组的冠状病毒所引起的。研究人员表示，利用从这个新的模型，他们已经确定了可用于未来的检测和治疗的最佳gRNA。
总体而言，新的研究将Cas13中的哺乳动物细胞的数据点增加了两个数量级以上，这对推进基因组学和精准医疗具有极为重大的意义。
参考来源：
联系客服
