新華社北京9月25日電 瑞士蘇黎世大學(xué)日前發(fā)布公報(bào)說，該校研究人員領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)成功改造一種源自細(xì)菌的小型蛋白質(zhì)TnpB，并利用它設(shè)計(jì)出小巧而高效的“基因剪刀”，可望使基因編輯變得更容易。相關(guān)論文日前已發(fā)表在英國《自然·方法學(xué)》雜志上。
據(jù)介紹，基于CRISPR-Cas系統(tǒng)的新型基因編輯技術(shù)被稱為“基因剪刀”，已被廣泛應(yīng)用于基因工程領(lǐng)域。CRISPR-Cas系統(tǒng)源自細(xì)菌防御病毒入侵的機(jī)制，其中用到的Cas蛋白質(zhì)是由更小的分子演變而來，TnpB就是該技術(shù)常用蛋白質(zhì)之一Cas12的“祖先”。
Cas蛋白質(zhì)分子通常較大，要將它們運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)需要進(jìn)行基因編輯的位置并不容易。科學(xué)界已嘗試將CRISPR-Cas系統(tǒng)中的Cas蛋白質(zhì)分子替換成TnpB等前體分子，從而設(shè)計(jì)出更小巧的“基因剪刀”，但發(fā)現(xiàn)其編輯效率不高。最新研究中，蘇黎世大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員通過對(duì)TnpB分子進(jìn)行改造，使其基因編輯效率提高了約4.4倍。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，患高膽固醇血癥的小鼠在經(jīng)過用TnpB分子制成的“基因剪刀”治療后，膽固醇水平顯著降低。
新研究采用的TnpB分子提取自抗輻射奇異球菌，這是一種能耐受大劑量輻射和多種嚴(yán)苛環(huán)境的細(xì)菌。科研團(tuán)隊(duì)利用自主研發(fā)的人工智能模型，預(yù)測了TnpB分子對(duì)小鼠細(xì)胞基因組中1萬多個(gè)靶向位點(diǎn)的編輯效果。
借助人工智能模型的預(yù)測，研究人員用常見的腺病毒載體運(yùn)載TnpB分子，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)高效的基因編輯，其中在小鼠肝臟和腦組織中的編輯效率分別達(dá)到75.3%和65.9%。由于TnpB分子僅由約400個(gè)氨基酸組成，基于該分子的“基因剪刀”只需單個(gè)病毒顆粒就能運(yùn)載。作為對(duì)比，Cas9和Cas12蛋白質(zhì)分子尺寸超過1000個(gè)氨基酸，需要使用更高的載體劑量。