迷你CRISPR系统更易进入细胞
基因编辑工具箱多了把“瑞士军刀”
科技日报北京9月5日电 （记者张梦然）据近日发表在《分子细胞》杂志上的一项研究，一种名为CasMINI的紧凑高效的CRISPR-Cas系统可广泛用于细胞工程和基因治疗，因为它更容易进入细胞。
美国斯坦福大学生物工程助理教授齐磊表示，这是CRISPR基因组工程应用向前迈出的关键一步。“据我们所知，作为一种基因组编辑技术，这是迄今为止最小的CRISPR。如果将Cas9视为分子剪刀，那么我们创造的就是一把包含多种功能的瑞士军刀。”
CRISPR-Cas系统为开发各种遗传疾病的基因疗法提供了机会，但它们尺寸太大，递送到细胞、组织或生物体中会受限制，从而阻碍临床应用，因此需要设计更加高效、紧凑的Cas系统。
一种可能的解决方案是Cas12f。该蛋白介于400—700个氨基酸之间，大小还不到目前使用的CRISPR系统（如Cas9或Cas12a）的一半。“近年来已经鉴定出数千个CRISPR。”齐磊解释说，“然而，超过99.9%的已发现CRISPR无法在人类细胞中发挥作用，这限制了它们作为基因组编辑技术的使用。”
在这项新研究中，齐磊及其团队将RNA和蛋白工程应用于Cas12f系统，以生成用于哺乳动物基因组工程的高效微型Cas系统。Cas12f天然起源于古细菌（单细胞生物），这意味着它不太适合哺乳动物细胞，更不用说人类细胞或身体。但通过优化单向导RNA设计并进行多轮迭代蛋白工程和筛选，研究人员最终生成了一类名为CasMINI的Cas12f变体。
工程化的Cas12f蛋白变体与工程化的单向导RNA相结合，表现出有效的基因调控和基因编辑活性。CasMINI可以驱动与Cas12a相关的高水平基因活性，并允许进行稳健的碱基编辑和基因编辑。此外，它具有高度特异性，不会产生可检测的脱靶效应。
工程化CasMINI分子的大小仅为529个氨基酸。这种小尺寸使其适用于广泛的治疗。此外，CasMINI mRNA可以很容易地包装到脂质纳米颗粒或其他RNA递送方式中，潜在地增强了其进入细胞的能力。
“微型CasMINI的可及性实现了新的应用，从体外应用（例如设计更好的肿瘤杀伤淋巴细胞或重编程干细胞）到体内基因疗法（治疗眼睛、肌肉或肝脏的遗传疾病）。”齐磊说，“它将成为治疗遗传疾病、治愈癌症和逆转器官退化的方法。”
总编辑圈点
与前几代基因编辑工具，如锌指酶相比，CRISPR系统已经凭借其成本低廉、简便易用，风靡全球众多生物医学实验室，成为该领域无数科研人员手中的高效工具。尽管如此，CRISPR系统还难称完美，所以它依然在不断升级和完善之中。仅在近期，就有多个捷报传来：例如开发出迄今为止最小的CRISPR、围绕CRISPR系统开发RNA递送平台等等。这些研究进展都会使CRISPR这把“基因剪刀”越来越强大。
（《科技日报》2021年9月6日第 4 版。）
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