最新CRISPR基因技術,或可用於檢測和治療新冠病毒

2020-11-23 騰訊網

近日，來自美國紐約基因組中心的研究人員發現了一種能夠靶向RNA的名為Cas13的CRISPR酶。利用該技術，確定了最佳的引導RNA，未來可用於對新型冠狀病毒檢測和治療。

靶向RNA的Cas13酶。

基於CRISPR的基因篩選技術已經幫助科學家們識別了多種疾病的關鍵基因。然而，目前這項技術只能靶向或編輯DNA，應用範圍十分有限。對人類基因組的許多區域來說，靶向DNA可能是無效的，而對於像冠狀病毒或流感病毒這樣的RNA病毒，現有的篩選系統更是束手無策。

近日，來自美國紐約基因組中心的研究人員在《自然·生物技術》雜誌上發表論文稱，他們發現了一種能夠靶向RNA的名為Cas13的CRISPR酶。基於此，研究人員設計了一個優化平臺，用於在人類細胞的RNA水平上進行大規模的平行基因篩選。這種篩選技術可用於了解RNA調控的各個方面，並識別非編碼RNA的功能，對基因組學研究和精準醫療具有重要意義。

Cas13是VI型的CRISPR酶，最近被鑑定為可編程的由RNA引導的RNA靶向蛋白，具有核酸酶活性，可在不改變基因組的情況下敲除目的基因，進而影響基因表達。這種特性使Cas13成為一種潛在的重要治療手段。

共同第一作者：Hans-Hermann Wessels（左）、Alejandro Méndez-Mancilla（中），通訊作者：Neville Sanjana。

該研究的通訊作者、紐約基因組中心和紐約大學的Neville Sanjana博士說：「我們預計Cas13酶將對分子生物學和醫學應用產生重大影響，但我們對如何設計高效的引導RNA還知之甚少。我們打算通過深入和系統的研究來改變這一現狀，以開發高效引導RNA設計的關鍵原則和預測模型。」

因此，科學家們開發了一種基於機器學習的預測模型來加速識別最有效的引導RNA，並在哺乳動物細胞中進行了轉錄平鋪和置換篩選，共收集了超過24000個RNA靶點的引導RNA的序列信息。目前這項新技術已經通過一個互動網站和開源工具箱提供給其他研究人員，用於預測自定義目的RNA的引導RNA效率，並為所有人類蛋白編碼基因提供預先設計的引導RNA。

共同第一作者Hans-Hermann Wessels博士說：「我們在不同的轉錄本中加入了引導RNA，然後通過抗體染色和流式細胞術來檢測轉錄本敲除。在此過程中，我們發現了一些有趣的現象，可能會擴增Cas13酶的應用。」例如，引導RNA存在「種子」區域，該區域對CRISPR引導序列與目的RNA之間的不匹配非常敏感。

這一發現將有助於科學家合理設計引導RNA，避免脫靶。此外，「種子」區域還可以用於下一代生物傳感器，更精確地辨別近緣RNA種類。

「而且，優化的Cas13篩選系統還能夠靶向非編碼RNA。」該研究的第一作者Mendez-Mancilla說，「這大大擴展了CRISPR工具箱，將來可用於正向基因和轉錄組篩選。」

此外，研究人員還發現，靶向信使RNA的不同區域，使蛋白的敲除效率存在顯著差異。而且Cas13還會與其他RNA結合蛋白競爭參與轉錄處理和可變剪接。

最近，該團隊利用引導RNA的預測模型進行了一項特別關鍵的分析：對象是引起COVID19公共衛生突發事件的新型冠狀病毒，這種病毒含有RNA基因組。利用從大規模平行篩選中得到的模型，研究人員已經確定了最佳的引導RNA，可用於未來的檢測和治療。

（圖片來源於網絡）

◎編譯 |花花

◎審稿|阿淼

◎責編 |鄧可

◎期刊來源|《自然·生物技術》

◎期刊編號|1087-0156

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-03/nygc-nk031620.php

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