基因編輯作為一種新興的基因工程技術，其本質是人為地改變自然選擇。目前廣泛使用的「基因剪刀」是CRISPR-Cas9，該技術在一系列基因治療的應用領域都展現出極大的應用前景，但過大的蛋白分子成為CRISPR未來應用方式中最重要的瓶頸之一。
最近，來自美國加利福尼亞大學伯克利分校創新基因組學研究所的研究人員發現了一種新型基因編輯工具——CasΦ，它是一種功能最小的CRISPR-Cas系統，由170 KD的CasΦ蛋白和一個CRISPR陣列組成，且僅在巨噬細胞的基因組中編碼，其體積是CRISPR-Cas 9的一半，這項研究成果於7月16日發表在《Science》雜誌上。
DOI: 10.1126/science.abb1400
CasΦ （Cas12j）是巨噬細胞分枝中編碼的Cas蛋白家族，巨噬細胞用它來誘使細菌抵抗自身而不是自身的病毒。它使用單個活性位點進行CRISPR RNA（crRNA）加工和crRNA指導的DNA切割，以靶向外來核酸。
研究人員首先要確定CasΦ是否能作為真正的CRISPR-Cas系統。他們發現， CasΦ在其天然環境中是一種功能性噬菌體蛋白和真正的CRISPR-Cas效應子 ，能夠裂解crRNA互補的DNA。此外，這種單RNA系統比其他活性CRISPR-Cas系統緊湊得多。
接下來，研究小組需要了解CasΦ在體外對DNA的識別和裂解要求。結果表明， CasΦ的裂解活性僅在識別順式DNA時才能觀察到，而且只需要最低的PAM條件 ，這可能有利於更廣泛的核酸檢測。
最後，為了研究CasΦ是否能用於人類基因組編輯，研究人員在HEK293細胞中使用了與crRNA共表達的CasΦ進行了基因破壞測定。他們發現，CasΦ-2和CasΦ-3誘導了基因組整合增強型綠色螢光蛋白（EGFP）基因的定向破壞。其中， 具有單個指導RNA的CasΦ-2能夠編輯多達33％的細胞，這與先前報導的CRISPR-Cas9，CRISPR-Cas12a和CRISPR-CasX的水平相當。
巨噬細胞編碼的CasΦ在其宿主的超感染情況下的功能示意圖
其實，這並不是CasΦ的首次亮相。它最早是由這項研究的另一位主要作者——IGI的一名博士生Basem Al-Shayeb發現的，這項研究於今年2月12日發表在《Nature》上。當時，Al-Shayeb正在加州大學伯克利分校地球與行星科學系教授Jillian F. Banfield的實驗室工作。他們認為，這種含有CasΦ的巨噬細胞是巨噬細胞的成員之一，並且存在於多種環境中。
最近的這一發現揭示了CasΦ巨大的基因編輯潛力，從而為細胞傳遞提供了優勢，擴大了基因編輯的「工具箱」。更重要的是， CasΦ蛋白將巨噬細胞推向人類健康發現和生物技術應用的前沿 。但對於優化CasΦ用於基因編輯，以及探索用於設計靶向特定基因的指導RNA的最佳方法上，研究人員還有很長的路要走。