张锋发现比CRISPR更优越的基因编辑系统，“它将成为一种强大的技术”

2023-07-06 12:07

来源：深究科学

作者：林岩

导读

CRISPR基因编辑技术发展已10余年，然而这个领域有更多惊喜有待挖掘。

最近，华人科学家张锋领导的团队首次在真核生物中发现了一类新的RNA引导的DNA切割酶——Fanzor系统。

与CRISPR系统相似，Fanzor系统可以针对特定的基因组位点进行编辑，但比CRISPR更为精准。

张锋在介绍时表示，“未来有一天，它将成为一种强大的、新的基因组编辑技术，用于研究和治疗。”

华人学者张锋一直走在基因编辑技术探索的前沿。

6月28日，张锋实验室在《自然》（Nature）杂志上发表一项备受瞩目的研究。他们首次在真核生物中发现了一类新的、可编辑DNA的系统——Fanzor系统。

该研究由麻省理工学院麦戈文研究所、布罗德研究所和哈佛大学的科学家共同完成，华人科学家张锋领导了此次研究。

与CRISPR系统相似，Fanzor系统可以针对特定的基因组位点进行编辑，但比CRISPER更为精准。

张锋在介绍时表示，“未来有一天，它将成为一种强大的新基因组编辑技术，用于研究和治疗。”

张锋还表示，“大自然的多样性太神奇了，可能还有更多的、RNA编辑系统亟待我们发掘、探索。”

新型“基因剪刀”——Fanzor

2012年，加州大学伯克利分校Jennifer A.Doudna 和法国科学家Emmanuelle Charpentier共同开发出CRISPR/Cas9基因编辑技术，数年后，二人因这项技术获得诺贝尔化学奖。

CRISPR/Cas9系统是在原核生物中发现的，它相当于原核生物的免疫系统，用于抵御噬菌体病毒等入侵。原核生物是一种细胞核无核膜包裹，包括细菌、放线菌、立克次氏体、衣原体等。

2013年年初，张锋成功将CRISPR/Cas9技术加以改进，首次将该系统应用于哺乳动物和人类细胞的基因编辑，自此以后CRISPR/Cas9才真正意义上走进全球分子生物学实验室，张锋也由此名声大噪，成为这个领域重要的开创者之一。

随着CRISPR/Cas9技术越来越成熟后，它的优势和弊端也显露无疑。张锋一直在思考，除了原核生物外，是否在真核生物中也能存在类似CRISPR/Cas9系统。

6月底，张锋团队的这一新研究证实了这一假设，研究者首次在真核生物中发现了新的“基因剪刀”——基于Fanzor蛋白质的系统，它比CRISPR/Cas9更先进。

这大大拓宽了RNA引导的DNA切割机制存在的范围，RNA引导的酶比以往认知更加多样、更加广泛。

对此，张锋表示：

“我们对这些广泛存在的可编辑酶的发现感到非常兴奋，几年前，我们开始问，‘除了CRISPR之外还有什么，自然界中是否存在其他RNA可编辑系统’？实际上，它们一直隐藏在我们的眼皮底下。”

Fanzor系统是首个在真核生物中发现的第一种RNA引导的DNA切割酶，与CRISPR/Cas9系统相比，在进行基因编辑的过程中，能更精确地靶向DNA，并且能更容易地递送到细胞和组织中，以提高靶向效率。

Fanzor蛋白与RNA复合物及DNA的冷冻电镜图

其实，早在两年前，张锋实验室发现了真核生物中Fanzor蛋白与原核生物OMEGA系统之间具有相似性，这表明Fanzor酶也可通过RNA引导的机制来靶向和切割DNA。

此后，张锋实验室一直致力发现原核生物以外、新型的“基因剪刀”。研究人员从真菌、藻类以及北方圆蛤等真核生物中分离出Fanzor蛋白质，通过研究，发现这是一种能使用非编码RNA靶向基因组中的特定位点，并切割DNA的酶。

北方圆蛤，用于研究真核生物中的Fanzor系统，图源自broadinstitute

这是人类首次在真核生物中发现这种机制。

新系统能补充我们已经拥有的基因组编辑工具，并对人类细胞进行更为精确的编辑。

Fanzor系统具备与CRISPR系统一样的优势，可以很容易地重新编程，以针对特定的基因组位点，但它相比CRISPR系统，会更小，约为Cas9大小的30%，使它们比笨重的酶更容易递送到细胞中，因此Fanzor系统将有可能发展成为高效的基因组编辑工具。

“这些结果表明，有更多的可编辑系统，在等待我们去发现并以此开发出有用的技术。” 张锋表示。

参考资料

1.https://www.broadinstitute.org/news/researchers-uncover-new-CRISPR-like-system-in-animals-that-can-edit-the-human-genome

2.https://www.nature.com/articles/s41586-023-06356-2

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