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新的CRISPR工具开辟了更多的基因组进行编辑

研究人员(左至右),媒体艺术与科学教授,分子机器研究组负责人Joseph Jacobson以及媒体实验室,Pranam Chatterjee和Noah Jakimo的研究生。

基因组编辑系统CRISPR已成为医学研究中非常重要的工具,并最终可能在农业,生物能源和粮食安全等领域产生重大影响。

靶向系统可以通过短序列RNA引导到基因组上的不同点,其​​中称为Cas9的DNA切割酶然后进行所需的编辑。

然而,尽管基因编辑工具取得了相当大的成功,但CRISPR-Cas9在基因组上可以访问的位置数量仍然有限。

这是因为CRISPR需要在基因组上的目标位置侧翼的特定序列,称为原型间隔区相邻基序或PAM,以允许其识别该位点。

例如,最广泛使用的Cas9酶,化脓性链球菌Cas9(SpCas9),需要两个G核苷酸作为其PAM序列,显着限制其可靶向的位置数量,至基因组上约9.9%的位点。

到目前为止,只有少数CRISPR酶具有最低的PAM要求,这意味着它们能够针对更广泛的位置。

麻省理工学院媒体实验室的研究人员,由媒体艺术和科学教授,分子机器研究小组负责人约瑟夫·雅各布森领导,研究人员发现了一种可以靶向基因组几乎一半位置的Cas9酶,显着扩大了其潜力使用。他们在科学进展中报告他们的发现。

“CRISPR就像一个非常准确和高效的邮政系统,只要邮政编码以零结尾,就可以到达你想要去的任何地方,”雅各布森说。“因此它非常准确和具体,但它限制了你可以去的地点数量。”

为了开发更通用的CRISPR系统,研究人员实施了计算算法来对细菌序列进行生物信息学检索,以确定是否存在任何类似的酶,其PAM限制性要求较低。

为了进行搜索,研究人员开发了一种数据分析软件工具,他们称之为SPAMALOT(通过目标对齐搜索PAM)。

这揭示了一些有趣的可能酶,但没有明显的赢家。因此,该团队随后在实验室中构建了CRISPR的合成版本,以评估其性能。

他们发现,最成功的酶,来自犬链球菌(ScCas9)的Cas9,与已经广泛使用的Cas9酶非常相似,据媒体实验室的研究生,研究人员Pranam Chatterjee进行了研究。与研究生Noah Jakimo一起。

“这种酶看起来几乎与最初发现的酶相同......但它能够靶向常用酶不能的DNA序列,”Chatterjee说。

新酶只需要一个G,而不是两个G核苷酸作为其PAM序列,在基因组上开辟了更多的位置。

这应该允许CRISPR靶向许多先前已经超出系统范围的疾病特异性突变。

例如,一个典型的基因长度约为1000个基因,如果他们的目的是简单地敲除整个基因,研究人员可以为研究人员提供许多不同的定位点,Jacobson说。

然而,许多疾病,例如镰状细胞性贫血,是由单一碱基的突变引起的,使得它们更难以靶向。

“基础编辑不仅仅是在1000个基地上击中该基因并将其敲除的问题;这是一个以非常精确的方式进入并纠正你想要改变的基因的问题,”雅各布森说。 。

“你需要能够到达那个非常精确的位置,将你的CRISPR机器放在它旁边,然后用基础编辑器 - 另一种连接到CRISPR的蛋白质 - 进入并修复或改变基础,“ 他说。

新的CRISPR工具在这些应用中可能特别有用。

“我们很高兴能将ScCas9交给基因组编辑社区,并收到他们对未来发展的反馈,”Chatterjee说。

雅各布森表示,研究人员现在希望利用他们的技术找到能够进一步扩展CRISPR系统靶向范围的其他酶,而不会降低其准确性。

“我们有信心能够追踪基因组上的每个地址,”他说。

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