面向世界科技前沿,面向国家重大需求,面向国民经济主战场,率先实现科学技术跨越发展,率先建成国家创新人才高地,率先建成国家高水平科技智库,率先建设国际一流科研机构。

——中国科学院办院方针

首页 > 每日科学

谁是CRISPR酶的祖先

2021-09-14 中国科学报 唐一尘
【字体:

语音播报

  过去10年里,科学家已经将CRISPR-Cas9系统应用到基因编辑技术中,这是一种用于修改DNA的精确可编程系统。近日,研究人员探索了该系统使用的一种酶的进化起源,发现一种新的可编程DNA修饰系统。

  《中国科学报》从美国麻省理工学院和哈佛大学博德研究所获悉,该机构分子生物学家张锋等人发现的这种被称为OMEGA(专性移动元素引导活动)的蛋白质,能够自然地参与重组细菌基因组小片段DNA。相关论文近日刊登于《科学》。

  研究人员在一个名为IscB的蛋白质家族中发现了OMEGA。这些蛋白质被认为是CRISPR-Cas9酶的祖先。在基因组编辑过程中,Cas9与RNA片段合作,进而引导酶找到并切割特定的DNA序列。研究人员发现,每个IscB附近都有一个小RNA编码,它指导IscB酶切割特定的DNA序列。

  “这种RNA引导的DNA识别机制很可能是大自然多次独立创造的东西。”张锋说,“这些结果表明,有更多有效的可编程系统等待发现和开发。”

  可编程酶,特别是那些使用RNA引导的酶,可以迅速适应不同的用途。例如,一直以来,CRISPR也被认为是一种微生物防御系统,可以让细菌和其他被称为古生菌的单细胞生物通过发送Cas9来“咀嚼”病毒和其他基因入侵者的DNA。计算机研究表明,Cas9可能是从IscB家族进化而来的,该家族由转座子编码,可以在基因组中跳转到新的位置。到目前为止,IscB蛋白的功能还不清楚。

  此次,研究人员发现,负责编码IscB的DNA通常位于一类RNA分子(被称为ωRNA)的DNA附近。他们还发现,一些IscB可以在ωRNA序列指定的位置切割DNA。

  该团队还研究了另一个名为TnpB的蛋白质家族,该家族被认为是CRISPR-Cas12酶的祖先。他们发现,在ωRNA的引导下,其中一些蛋白质也能切割DNA。

  该论文第一作者、麻省理工学院分子生物学家Soumya Kannan说,数据库搜索结果显示,有100多万个基因可能携带TnpB蛋白编码,而且有些生物体含有这些基因的100多个副本。

  实际上,IscB基因不仅存在于细菌和古生菌中,还存在于藻类细胞内的光吸收叶绿体中。因而,这也是研究人员首次在真核生物中发现这样的基因组编辑系统。这些结果表明,真核生物比之前认为的更加广泛。

  此外,该团队发现IscB可以用来切割人类DNA,尽管其效率低于CRISPR-Cas9系统。但IscB系统还可以改进,并且IscB的小尺寸可能会使它更适用于某些应用。

  澳大利亚国立大学遗传学家Gaetan Burgio认为,该研究推动了人们对CRISPR-Cas9系统进化的理解,并为IscB这样一个普遍的蛋白质家族赋予了可能的功能。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.abj6856

打印 责任编辑:阎芳
  • 农场突破:奶牛会上厕所了
  • 用特殊凝胶可培育胰腺“类器官”

扫一扫在手机打开当前页

© 1996 - 中国科学院 版权所有 京ICP备05002857号-1 京公网安备110402500047号 网站标识码bm48000002

地址:北京市西城区三里河路52号 邮编:100864

电话: 86 10 68597114(总机) 86 10 68597289(总值班室)

编辑部邮箱:casweb@cashq.ac.cn

  • © 1996 - 中国科学院 版权所有 京ICP备05002857号-1 京公网安备110402500047号 网站标识码bm48000002

    地址:北京市西城区三里河路52号 邮编:100864

    电话: 86 10 68597114(总机) 86 10 68597289(总值班室)

    编辑部邮箱:casweb@cashq.ac.cn

  • © 1996 - 中国科学院 版权所有
    京ICP备05002857号-1
    京公网安备110402500047号
    网站标识码bm48000002

    地址:北京市西城区三里河路52号 邮编:100864
    电话:86 10 68597114(总机)
       86 10 68597289(总值班室)
    编辑部邮箱:casweb@cashq.ac.cn