在一項新的重大種精研究中，來自美國麻省理工學院麥戈文研究所的進展研究人員發現了一種細菌酶，他們說這種酶可以擴大科學家們使用的研究CRISPR工具箱，使其能夠輕松地切割和編輯RNA，發現而在此之前，確切這種精確性只適用于DNA編輯。重大種精這種他們最終命名為Cas7-11的進展細菌酶在不傷害細胞的情況下修改RNA靶標，這表明除了是研究一種有價值的研究工具外，它還為治療應用提供了一個肥沃的發現平臺。相關研究結果于2021年9月6日在線發表在Nature期刊上，確切論文標題為“Programmable RNA targeting with the single-protein CRISPR effector Cas7-11”。重大種精

到目前為止，進展只有另外一個RNA靶向酶家族，研究即Cas13，發現被廣泛地開發用于RNA靶向應用。確切然而，當Cas13識別到它的目標時，它會粉碎細胞中的任何RNA，從而順便地破壞細胞。與Cas9一樣，Cas7-11是一個可編程系統的一部分；它可以通過CRISPR向導指向特定的RNA靶標。Abudayyeh、麥戈文研究員Jonathan Gootenberg（另一名論文共同通訊作者）和他們的同事們通過對微生物世界中發現的CRISPR系統的深入探索發現了Cas7-11。

探索自然多樣性

與其他CRISPR蛋白一樣，Cas7-11被細菌用來作為防御病毒的機制。在遇到一種新的病毒后，采用CRISPR系統的細菌以病毒遺傳物質的小片段形式記錄病毒感染。如果該病毒再次出現，CRISPR系統就會被激活，在一小段RNA的引導下，摧毀病毒基因組并消除感染。這些古老的免疫系統是廣泛而多樣的，不同的細菌部署不同的蛋白質來對抗它們的病毒入侵者。

Abudayyeh、Gootenberg和Koonin一直在研究基因組序列，以了解CRISPR系統的自然多樣性，并作為潛在的工具分析它們。Abudayyeh說，這個想法是為了利用進化已經在改造蛋白質機器上完成的工作。

當這些作者通過公共數據庫來研究不同細菌防御系統的組成部分時，一種從日本東京灣分離出來的細菌Desulfonema ishimotonii的蛋白質引起了他們的注意。它的氨基酸序列表明，它屬于一類CRISPR系統，該系統使用大型的多蛋白復合物來尋找和切割它們的目標。但是這種蛋白質似乎擁有它所需要的一切，可以獨立完成這項任務。Koonin說，其他已知的單蛋白Cas酶，包括已被廣泛用于DNA編輯的Cas9蛋白，屬于CRISPR系統的一個單獨類別，但是Cas7-11模糊了CRISPR分類系統的界限。他們最終將這種蛋白質命名為Cas7-11。

額外的III-E型家族成員和新穎的III-D2型位點結構和具有代表性的同源物的多重比對。圖片來自Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03886-5

Cas7-11從工程的角度來看是很有吸引力的，因為單一的蛋白質更容易被遞送到細胞中，并且比復雜的多蛋白復合物更容易成為編輯工具。但是它的組成也標志著一個意想不到的進化史。這些作者發現有證據表明，通過進化，更復雜的Cas機器的組件融合在一起，形成了Cas7-11蛋白。Gootenberg將此等同于當你之前認為鳥類是唯一會飛的動物時發現了蝙蝠，從而認識到有多種進化路徑來實現飛行。

精確編輯

當Gootenberg和Abudayyeh在他們的實驗室里生產出Cas7-11蛋白并開始對它進行實驗時，他們意識到這種不尋常的酶提供了一種操縱和研究RNA的強大手段。當他們把它和向導RNA（gRNA）一起引入細胞時，它精確地切割了它的RNA靶標，而其他RNA卻沒有受到干擾。這意味著他們可以使用Cas7-11來改變RNA代碼中的特定堿基，從而校正基因突變帶來的錯誤。他們還能夠對Cas7-11進行編程，以穩定或破壞細胞內的特定RNA分子，這使他們有能力調整這些RNA編碼的蛋白質的水平。

Abudayyeh和Gootenberg還發現，Cas7-11切割RNA的能力可以被一種似乎可能也參與觸發程序化細胞死亡的蛋白質所抑制，這表明CRISPR防御和對感染的更極端反應之間可能存在聯系。

這些作者發現，一種基因治療載體可以將完整的Cas7-11編輯系統遞送給細胞，而且Cas7-11不會損害細胞的健康。他們希望隨著進一步的開發，這種酶有一天可能被用來編輯患者RNA中的致病序列，這樣他們的細胞能夠產生健康的蛋白質，或者下調因遺傳疾病而造成傷害的蛋白質的水平。

注：原文有刪減

參考資料：

Ahsen ?zcan et al. Programmable RNA targeting with the single-protein CRISPR effector Cas7-11. Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03886-5.

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