小而强大的新基因编辑器

一种新的基于CRISPR的基因编辑工具已经开发出来，这可能会给遗传性疾病患者带来更好的治疗。该工具是一种酶AsCas12f，经过修改可提供相同的功效，但大小仅为常用于基因编辑的Cas9酶的三分之一。

紧凑的尺寸意味着可以将更多的病毒装入载体病毒中并输送到活细胞中，从而提高效率。研究人员创建了一个可能的AsCas12f突变库，然后将选定的突变组合起来，设计出一种AsCas12f酶，其编辑能力比原始未突变类型高10倍。

这种工程化的AsCas12f已经在小鼠中成功进行了测试，并有可能用于新的、更有效的患者治疗。

突变，而红色方块表示需要的变化。颜色越深，效果越大。图片来源：日野等人。2023年

现在您可能已经听说过CRISPR，这种基因编辑工具使研究人员能够替换和改变DNA片段。就像基因裁缝一样，科学家们一直在尝试“剪掉”使蚊子成为疟疾携带者的基因，使粮食作物变得更有营养和美味，并在近年来开始进行人体试验，以克服一些最具挑战性的疾病和遗传性疾病。

CRISPR改善我们生活的潜力如此惊人，以至于2020年，开发出最精确版本CRISPR-Cas9工具的研究人员JenniferDoudna和EmmanuelleCharpentier荣获诺贝尔化学奖。

但即使是Cas9也有局限性。将遗传物质传递到宿主细胞中的常见方法是使用经过修饰的病毒作为载体。腺相关病毒(AAV)对患者无害，可以进入许多不同类型的细胞以引入Cas9等CRISPR酶，并且与其他方法相比，不太可能引发不良的免疫反应。

然而，与任何包裹递送服务一样，也有尺寸限制。生物科学系的OsamuNureki教授解释说：“Cas9已经达到了这种大小限制的极限，因此需要一种更小的Cas蛋白，可以有效地将其包装到AAV中并用作基因组编辑工具。”在东京大学。

它的大尺寸意味着Cas9在用于基因治疗时可能缺乏效率。因此，一个大型的多机构团队致力于开发一种更小的Cas酶，它同样具有活性，但效率更高。研究人员从细菌氧化硫轴杆菌中选择了一种名为AsCas12f的酶。

这种酶的优势在于，它是迄今为止发现的最紧凑的Cas酶之一，大小不到Cas9的三分之一。然而，在之前的测试中，它在人类细胞中几乎没有显示出任何基因组活性。

AsCas12f变体在三种人类细胞系中的基因组编辑能力。该图显示了两个版本的工程化AsCas12f酶在基因编辑方面的效率(第二列和第三列为橙色和黄色)，与原始的非工程类型(第一列为灰色)和常用的Cas9类型(第四列为橙色和黄色)相比。蓝色的)。条形越高，该工具的效率就越高。

AsCas12f变体在三种人类细胞系中的基因组编辑能力。该图显示了两个版本的工程化AsCas12f酶在基因编辑方面的效率(第二列和第三列为橙色和黄色)，与原始的非工程类型(第一列为灰色)和常用的Cas9类型(第四列为橙色和黄色)相比。蓝色的)。条形越高，该工具的效率就越高。图片来源：日野等人。2023年

“使用一种称为深度突变扫描的筛选方法，我们通过用所有生命所基于的所有20种氨基酸取代AsCas12f的每个氨基酸残基，组装了一个潜在的新候选者库。我们从中发现了超过200个增强基因组编辑活性的突变，”Nureki解释道。

“根据AsCas12f结构分析获得的见解，我们选择并组合了这些增强活性的氨基酸突变，以创建改良的AsCas12f。与普通AsCas12f类型相比，这种工程化的AsCas12f的基因组编辑活性高出10倍以上，并且与Cas9相当，同时保持更小的尺寸。”

该团队已经使用工程化的AsCas12f系统进行了动物试验，将其与其他基因结合并将其应用于活体小鼠。直接对体内进行治疗比提取细胞、在实验室编辑它们然后将它们重新植入患者体内更好，后者更耗时且成本更高。

测试的成功表明，工程化的AsCas12f有潜力用于人类基因疗法，例如治疗血友病，一种血液不能正常凝固的疾病。

该团队发现了许多潜在有效的组合，可用于设计改进的AsCas12f基因编辑系统，因此研究人员承认，所选突变可能不是所有可用组合中最优的。

下一步，可以使用计算建模或机器学习来筛选组合并预测哪些组合可以提供更好的改进。

Nureki表示：“提升AsCas12f的基因组编辑活性可与Cas9相媲美，这是一项重大成就，也是开发新的、更紧凑的基因组编辑工具的重要一步。”

“对我们来说，基因治疗的关键在于它真正帮助患者的潜力。使用我们开发的工程化AsCas12f，我们的下一个挑战是进行基因治疗来帮助患有遗传性疾病的人们。”

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