超越CRISPR 新基因编辑工具SeekRNA面世 精确切割靶点插入序列

超越CRISPR新基因编辑工具SeekRNA面世精确切割靶点插入序列IS1111和IS110家族。图片来源：《自然·通讯》网站CRISPR已广泛应用于多个领域。它降低了人类疾病检测成本，提高了检测速度，帮助科学家开发出嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）免疫疗法以治疗癌症。研究人员解释说，CRISPR的工作原理是让靶DNA的两条链断裂，然后借助其他蛋白或DNA修复机制插入新DNA序列，但这可能产生错误。SeekRNA则能在不使用任何其他蛋白的情况下，精确切割靶点并插入新DNA序列。这使其相对CRISPR来说更加精确可靠，减少了潜在错误。SeekRNA源于名为IS1111和IS110的天然插入序列家族，该家族成员在细菌和古菌（无核细胞）中广泛存在。大多数插入序列蛋白很少有或没有靶选择性，但这些家族的成员具有很高的靶特异性。利用这一特性，seekRNA能适应任何基因组序列，并以精确方式插入新DNA。目前，研究人员已经在细菌中成功测试了seekRNA的有效性。接下来，他们计划研究该技术能否适用于人类体内更为复杂的真核细胞。他们目前使用的SeekRNA包含由350个氨基酸组成的小蛋白和由70—100个核苷酸组成的RNA链。这种尺寸的系统可以方便地集成到纳米级生物递送载体（囊泡或脂质纳米颗粒）上，有效递送到目标细胞中。此外，其他科研团队也在对IS1111和IS110家族的基因编辑潜力开展类似研究。研究人员还计划通过直接实验室采样和应用较短的seekRNA，进一步探索该技术的潜力。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435923.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435923.htm

计算机算法识别出 188 种新的 CRISPR 基因编辑系统

计算机算法识别出188种新的CRISPR基因编辑系统CRISPR-Cas9基因编辑工具是过去十年中最重要的科学发展之一，它的发现者因此获得了诺贝尔化学奖。科学家可以利用它对人体细胞进行高效的剪切和粘贴编辑，从而有可能治疗多种疾病，以及改良作物、控制害虫和操纵细菌。该系统包含一个引导RNA，该引导RNA以DNA片段（如致病DNA片段）为目标，然后使用一种酶（通常是Cas9）剪切掉该序列，并用更有益的东西取而代之。最近，人们开发出了具有其他特性的Cas9替代品，包括更高的精度或更大的编辑范围。现在，这个家族有可能变得更大。布罗德研究所、麻省理工学院和美国国立卫生研究院（NIH）的研究人员使用一种算法来寻找新的CRISPR系统。在自然界中，CRISPR是细菌使用的一种自卫工具，因此研究小组对三个细菌数据库进行了深入研究，这些细菌存在于南极湖泊、酿酒厂和狗的唾液等不同环境中。在这种情况下，研究小组将算法设定为寻找与CRISPR相关的基因。几周内，该系统就识别出了数千个CRISPR系统，其中包括188个科学界以前未知的系统。在实验室测试中，它们展示了一系列功能，既属于已知类别，也属于全新类别。其中有几种属于I型CRISPR系统，它们的引导RNA序列比Cas9长。这意味着它们可以更精确地指向目标，降低脱靶编辑的风险--这是CRISPR基因编辑的主要问题之一。在测试中发现，其中两个I型系统能够编辑人体细胞，而且它们的大小应该允许它们以目前用于CRISPR-Cas9的相同包装进行递送。另一种I型系统显示了所谓的"附带活性"，即在与目标结合后分解核酸。这种机制以前曾用于诊断工具（如SHERLOCK），可以从只有一个DNA或RNA分子的样本中识别疾病。研究还发现了一种针对RNA的VII型系统，它可以通过RNA编辑开启一系列新工具。其他系统可用于记录某些基因的表达时间，或作为细胞活动的传感器。这项研究不仅极大地扩展了可能的基因编辑工具领域，而且表明，探索隐蔽环境中的微生物生态系统可能会给人类带来潜在的益处。这项研究的共同第一作者苏米亚-卡南（SoumyaKannan）说："其中一些微生物系统只在煤矿的水中被发现。如果不是有人对此感兴趣，我们可能永远都不会看到这些系统。扩大取样多样性对于继续扩大我们发现的多样性非常重要。"这项研究发表在《科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400067.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400067.htm

简单的新策略提高了CRISPR基因编辑的安全性和精确性

简单的新策略提高了CRISPR基因编辑的安全性和精确性这种方法解决了CRISPR技术的一个关键问题：在特定点切割基因组，然后再将其重新接合，这本身就存在着破坏DNA的风险，可能会造成大规模、不可预测的破坏。为了缓解这一问题，由卡塔赫纳科技大学干细胞生物学家李默领导的团队研究了在人类干细胞中进行CRISPR编辑后导致大量基因组缺失的DNA修复途径。通过分析，他们发现了一种被称为"微同源物介导的末端连接"（MMEJ）的过程，这是一种容易出错的机制，虽然能够修复DNA的断裂，但往往会留下大的缺失。研究人员分析了与MMEJ过程有关的各种基因，发现有两个基因在这些不必要的删除事件中起着核心但相反的作用。其中一个名为POLQ的基因被证明会加剧CRISPR编辑后的大缺失风险。而另一个名为RPA的基因则成为具有保护作用的基因组守护者。通过使用抑制POLQ的药物或通过提高RPA表达的基因技术来操纵这些基因，KAUST团队就能在不影响基因组编辑效率的情况下减少有害大缺失的发生，从而保持编辑后干细胞基因组的完整性。"这种简单易用的方法可以减少这些有害的DNA大缺失发生的几率，"李默实验室的前博士生袁宝磊说，他与实验室的毕崇伟和田业腾是这项研究的设计者之一。此外，研究还发现这些干预措施还能提高同源定向修复的效率，而同源定向修复机制因其能够在不增加意外突变的情况下实现精确的基因组编辑而闻名。在涉及干细胞的实验中，这一点非常明显，这些干细胞携带与镰状细胞病和威斯科特-阿尔德里奇综合征（Wiskott-AldrichSyndrome）这两种遗传性血液病有关的两个基因突变。通过调节POLQ或RPA，研究人员在这些细胞中实现了高度精确和可靠的基因编辑。李说，这些发现标志着在完善CRISPR技术方面迈出了重要一步。他说："这确实令人兴奋，因为这意味着我们离更安全、更有效地治疗遗传疾病越来越近了。"随着这一创新战略的临时专利申请，该团队将继续探索更多不良突变背后的机制，并磨练技术，使CRISPR更安全、更高效。"实现高效和安全仍然是一个需要进一步开发的挑战，"李说，"我们的实验室始终站在最前沿，寻求新颖的解决方案。"DOI:10.1186/s12915-024-01896-z编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432348.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432348.htm

科学家利用CRISPR工具识别导致肝癌的基因突变

科学家利用CRISPR工具识别导致肝癌的基因突变CSHL的科学家们在小鼠身上创造了两种肝脏肿瘤亚型，上面的图像。左边的图像显示了一种肝脏肿瘤亚型，它与人类肝癌的最常见形式--肝细胞癌有关。右边是一种与较罕见的肝癌有关的肿瘤亚型，主要发现于儿童，名为肝母细胞瘤。基因包含产生蛋白质所需的信息。拼接是一个过程，从基因编码的信息中复制的RNA信息在被用作制造特定蛋白质的蓝图之前被编辑。源自单一基因、功能高度相似但氨基酸序列不同的蛋白质被称为异构体。异构体的产生是身体对一个基因或蛋白质的特性进行模仿的方式。不同的异构体可以导致不同类型的癌症肿瘤的形成。这些肿瘤亚型很难在实验室中产生，因此难以研究。为了更好地了解异构体如何导致不同类型肝癌的产生，一项新的研究使用基因编辑工具CRISPR/Cas9来研究不同的异构体如何导致不同肿瘤亚型的发展。该研究的通讯作者SemirBeyaz说："每个人都认为癌症只是一种类型。但是有了不同的异构体，你最终会出现具有不同特征的癌症亚型。"研究人员使用CRISPR/Cas9锁定了小鼠基因CTNNB1的一个部分。CTNNB1基因提供了制造一种叫做β-catenin的蛋白质的指令，这种蛋白质参与调节和协调细胞间的粘附，并参与基因转录。以前的研究已经确定β-catenin是一种有效的致癌基因，这种基因可以将健康细胞转化为肿瘤细胞。CTNNB1基因的突变与广泛的癌症有关，包括肝癌和结肠癌。CTNNB1基因第3外显子的突变--外显子是编码蛋白质的DNA或RNA的一个部分--是参与肿瘤形成的基因转录的关键。在目前的研究中，研究人员希望确定β-catenin突变如何推动肝癌肿瘤亚型的发展，即肝细胞癌（HCC）和肝母细胞瘤（HB）。HCC是成人肝癌中最常见的类型，约占所有肝癌的90%，而HB是一种罕见的肝癌形式，常见于儿童。通常，CRISPR/Cas9技术被用来通过移除DNA序列的部分来抑制基因功能（功能丧失）。但在这里，研究人员首次将其用于功能增益研究，在小鼠中创造不同的致癌突变。以这种方式使用CRISPR/Cas9刺激了蛋白质的活性，因此也刺激了肿瘤的生长。通过对肿瘤亚型、HCC和HB进行基因测序，研究人员发现，CRISPR/Cas9诱导的β-catenin异构体推动了肝脏肿瘤亚型。Beyaz说："我们能够确定那些与不同癌症亚型相关的异构体。对我们来说，这是一个令人惊讶的发现"。为了证实这些异构体导致了突变，研究人员测试了他们是否能够在不使用CRISPR的情况下在小鼠中产生肝癌亚型。他们发现确实可以。该研究强调了在功能增益研究中使用CRISPR/Cas9的潜力，并创造了一种模拟某些肝脏肿瘤亚型的新方法。它还进一步证明了外显子3在肿瘤发展中的作用以及靶向外显子跳过的好处。外显子跳过是一种疗法，它使用突变特异性反义寡核苷酸（AON）--一种实验室制造的可以与特定RNA分子结合的DNA或RNA位点--来诱导RNA剪接，使细胞"跳过"有问题的或错位的外显子。研究人员希望他们的发现可能会指导未来对癌症的新治疗干预措施的研究。Beyaz说："最终，我们想做的是找到研究癌症生物学的最佳模型，以便我们能够找到治疗方法。"该研究发表在《病理学杂志》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354177.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354177.htm

科学家设计CRISPR噬菌体 - 可对细菌实施基因编辑的特殊病毒

科学家设计CRISPR噬菌体-可对细菌实施基因编辑的特殊病毒在自然界中，CRISPR最初是由细菌作为一种防御机制来对付捕食它们的病毒，但在新的研究中，研究人员扭转了局面。他们设计了猎杀细菌的病毒，基础来自于广为人知的噬菌体，特别设计的噬菌体可以针对某些菌株，向它们注入CRISPRDNA，对它们的基因组进行特定编辑。在实验室测试中，这些噬菌体--被命名为T7和lambda--负责向大肠杆菌传递基因，使细菌发出荧光，并改变它们对一种抗生素的抗性。果然，这些变化在细菌身上被看到了，表明它正在发挥作用。在下一个测试中，该团队使用λ噬菌体来运输所谓的胞嘧啶碱基编辑器。这种工具并不切断目标的DNA，而是改变序列中的一个字母，使特定的基因失去活性，使之成为一种更温和的细菌。该研究的主要作者MatthewNethery说："我们在这里使用碱基编辑器作为大肠杆菌中基因的一种可编程的开关。使用这样的系统，我们可以对基因组进行高度精确的单字母改变，而不会出现通常与CRISPR-Cas瞄准有关的双链DNA断裂。"最后的测试被设计为模拟一个更自然的环境，使用一个人造的生态系统（EcoFAB）。这涉及到在一个罐子里装上由沙子和石英组成的合成土壤、一些液体和三种不同类型的细菌，包括大肠杆菌。其目的是测试噬菌体在一个更真实的环境中追捕其目标的能力如何，以及它们是否能从其他物种中分离出大肠杆菌。当λ被引入EcoFAB时，它在编辑大肠杆菌方面取得了相当大的成功，研究小组报告说整个细菌群体的效率高达28%。研究人员说，随着进一步的工作，这种技术最终可以在土壤细菌的大规模基因编辑中找到用途，甚至可能在肠道微生物组中找到。该研究的通讯作者RodolpheBarrangou说："我们认为这是一种帮助微生物组的机制。我们可以对一个特定的细菌进行改变，而微生物组的其他部分仍然不受影响。这是一个可以在任何复杂的微生物群落中采用的概念证明，这可以转化为更好的植物健康和更好的胃肠道健康--对食品和健康具有重要意义的环境。"这项研究发表在《美国科学院院刊》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332127.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332127.htm

新的CRISPR基因编辑系统可以批量“拖放”DNA 损伤更小成功率更高

新的CRISPR基因编辑系统可以批量“拖放”DNA损伤更小成功率更高在过去的几十年里，科学家们将这一系统调整为一个强大的基因工程工具。CRISPR系统由一种酶组成，通常是一种叫做Cas9的酶，它可以切割DNA，还有一个短的RNA序列，指导该系统在基因组的正确部分进行切割。这可以用来剪掉有问题的基因，如那些导致疾病的基因，并可以用其他更有益的基因来替代它们。问题是这一过程涉及破坏DNA的两条链，由于细胞可能很难按原定计划重新修补，从而导致非预期的改变和被编辑细胞的更高癌症风险。因此，麻省理工学院的研究人员着手开发一种新版本的工具，它对基因组更加温和。与现有CRISPR-Cas9的"剪切和粘贴"方法不同，该团队将这种新方法描述为更像一个"拖放"系统。PASTE，即"通过特定位点靶向元素的可编程添加"，仍然使用Cas9酶在引导RNA指定的位置切割DNA，但不同的是，新系统先切割一条链，"粘贴"后然后再切割另一条链，而不是同时切割两条链，这使其稳定性更佳。新基因的插入由称为丝氨酸整合酶的酶处理，这些酶被病毒用来感染细菌并将其DNA插入目标的基因组--具有讽刺意味的是，CRISPR的起源是细菌对这些确切攻击的防御。这些整合酶自然地寻找目标基因组中的特定序列，因此在PASTE系统进行温和切割后，它插入了整合酶正在寻找的小"着陆点"序列。最后，整合酶将其DNA有效载荷插入该部位的基因组中。在一系列测试中，该团队将PASTE系统用于人类肝脏细胞、T细胞和淋巴细胞，将13个不同的基因插入基因组的9个位置。其成功率高达60%，并且在插入部位产生的错误非常少。然而，在具有"人性化"肝脏的小鼠身上进行的试验只在大约2.5%的细胞中起作用。这种技术不仅更温和，而且可能更安全，但该团队表示，它能够一次插入大量的DNA--在测试中可以实现高达36000个碱基对的处理。这可能使它对替换有缺陷的基因特别有用，如那些导致囊性纤维化或亨廷顿氏病的基因。"这是一种可能针对这些真正难以治疗的疾病的新的遗传方式，"该研究的高级作者OmarAbudayyeh说。"我们想努力实现基因治疗在其最初成立时应该做的事情，那就是替换基因，而不仅仅是纠正个别突变。"虽然在改进PASTE之前还有很多工作要做，它可以被用于治疗这些疾病，但也不乏其他正在开发的CRISPR的温和变体。这包括CRISPR-Combo、MAGESTIC、RLR，以及使用噬菌体或跳跃基因的系统。这项新研究发表在《自然-生物技术》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333695.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333695.htm