CRISPR已经彻底改变了基因组工程,但其分子基因编辑组件的规模限制了其迄今为止的治疗用途。现在,三篇新的研究论文详细介绍了这种基因编辑工具的紧凑版本,它可能会显著扩展其应用。

虽然自上世纪90年代以来,我们就已经能够编辑基因组,但2015年CRISPR的引入以其灵活性、简单性和效率改变了这一领域。这项技术是基于微生物的基本免疫系统病毒的基因面部照片用一种叫做Cas9的酶来捕获它们并切断它们的DNA。

这个系统可以被重新利用,用你想要编辑的任何序列替换病毒的遗传密码,并在那个位置精确地剪断DNA。然而,一个突出的问题是,该系统的巨大物理尺寸使其难以有效地传送到细胞。

腺相关病毒载体(AAVs)是体内基因治疗的金标准载体,它是一种小型、非致病性病毒,可以将遗传密码注入细胞。它们几乎不会产生免疫反应,并已获得美国食品和药物管理局(FDA)的治疗批准,但它们的微小尺寸使使用它们传递CRISPR变得棘手。

然而,现在,上周发表的三篇研究论文表明,从古生菌中提取的微小Cas蛋白家族足够小,可以装入AAVs,并可以编辑人类DNA。

最常用的CAS9蛋白来自链球菌细菌,其是1,368个氨基酸长。当与将其引导到其目标所需的RNA序列结合时,这太大以适合AAV。而且你可以分别提供这大大降低了效率,因为你不能保证每个电池都能接收两者。

但在天然CRISPR系统中使用的蛋白质有相当大的多样性,因此研究人员一直在微生物世界中筛选更小的替代品。

两个有希望的候选者是来自金黄色葡萄球菌和链球菌的Cas9蛋白,分别是1,053和1,121个氨基酸。它们相对较小的尺寸使得可以将它们与其引导RNA一起包装在AAV中。

即便如此,这两个较小的替代方案可能也不够小。

近年来CRISPR的功能得到了显著扩展从简单的剪断单个基因到插入基因、交换DNA字母或同时瞄准多个位点。所有这些都需要更多的遗传物质进入细胞,这就排除了aav。

然而,另一种被称为Cas12f的蛋白质因其微小的比例(通常在400到700个氨基酸之间)而引起了人们的注意,但尚不清楚它们是否能被诱导作用于外部微生物。

上周的报纸就是在那里发表的自然生物技术化学生物学性质,进来。科学家们证明,来自这个家族的蛋白质可以和它们的引导RNA一起包装在aav中,并传递到人类细胞中进行有效的编辑。

第三篇论文分子细胞二手蛋白质工程转化了CAS12F蛋白,似乎没有在哺乳动物细胞中工作成一个。虽然该团队实际上并没有测试它们是否可以使用AAVs提供蛋白质,但它们表明它足够小,即使与素数和基础编辑等各种高级工具相结合。

这些突破将极大地推动体内疗法的发展。由脂质纳米颗粒传递CRISPR的机制与用于mRNA疫苗的机制相同,这种机制已经实现正在进入诊所,但这种方法的效率明显低于aav。

尽管这些仍然是非常早期的研究,尽管有前景的编辑性能,还需要更多的研究来正确地描述这些新蛋白质的能力和安全概况。然而,如果它们确实被证明与原始CRISPR系统一样有效,它们可能会极大地扩大潜在疗法的范围。

图片来源:Jazzlw / Wikimedia Commons