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最新CRISPR基因技术,或可用于检测和治疗新冠病毒?

近日,来自美国纽约基因组中心的研究人员发现了一种能够靶向RNA的名为Cas13的CRISPR酶。基于此,研究人员设计了一个平台,用于人类细胞的RNA水平上进行大规模的行基因筛选。

基于CRISPR的基因筛选技术已经帮助科学家们识别了多种疾病的关键基因。然而,目前这项技术只能靶向或编辑DNA,应用范围十分有限。对人类基因组的许多区域来说,靶向DNA可能是无效的,而对于像冠状病毒或流感病毒这样的RNA病毒,现有的筛选系统更是束手无策。

近日,来自美国纽约基因组中心的研究人员在《自然·生物技术》杂志上发表论文称,他们发现了一种能够靶向RNA的名为Cas13的CRISPR酶。基于此,研究人员设计了一个优化平台,用于在人类细胞的RNA水平上进行大规模的平行基因筛选。这种筛选技术可用于了解RNA调控的各个方面,并识别非编码RNA的功能,对基因组学研究和精准医疗具有重要意义。

Cas13是VI型的CRISPR酶,最近被鉴定为可编程的由RNA引导的RNA靶向蛋白,具有核酸酶活性,可在不改变基因组的情况下敲除目的基因,进而影响基因表达。这种特性使Cas13成为一种潜在的重要治疗手段。

图说:靶向RNA的Cas13酶。共同第一作者:Hans-HermannWessels(左)、Alejandro Méndez-Mancilla(中),通讯作者:NevilleSanjana。

该研究的通讯作者、纽约基因组中心和纽约大学的Neville Sanjana博士说:“我们预计Cas13酶将对分子生物学和医学应用产生重大影响,但我们对如何设计高效的引导RNA还知之甚少。我们打算通过深入和系统的研究来改变这一现状,以开发高效引导RNA设计的关键原则和预测模型。”

因此,科学家们开发了一种基于机器学习的预测模型来加速识别最有效的引导RNA,并在哺乳动物细胞中进行了转录平铺和置换筛选,共收集了超过24000个RNA靶点的引导RNA的序列信息。目前这项新技术已经通过一个互动网站和开源工具箱提供给其他研究人员,用于预测自定义目的RNA的引导RNA效率,并为所有人类蛋白编码基因提供预先设计的引导RNA。

共同第一作者Hans-Hermann Wessels博士说:“我们在不同的转录本中加入了引导RNA,然后通过抗体染色和流式细胞术来检测转录本敲除。在此过程中,我们发现了一些有趣的现象,可能会扩增Cas13酶的应用。”例如,引导RNA存在“种子”区域,该区域对CRISPR引导序列与目的RNA之间的不匹配非常敏感。

这一发现将有助于科学家合理设计引导RNA,避免脱靶。此外,“种子”区域还可以用于下一代生物传感器,更精确地辨别近缘RNA种类。

“而且,优化的Cas13筛选系统还能够靶向非编码RNA。”该研究的第一作者Mendez-Mancilla说,“这大大扩展了CRISPR工具箱,将来可用于正向基因和转录组筛选。”此外,研究人员注发现,靶向信使RNA的不同区域,使蛋白的敲除效率存在显著差异。而且Cas13还会与其他RNA结合蛋白竞争参与转录处理和可变剪接。

最近,该团队利用引导RNA的预测模型进行了一项特别关键的分析:对象是引起COVID19公共卫生突发事件的新型冠状病毒,这种病毒含有RNA基因组。利用从大规模平行筛选中得到的模型,研究人员已经确定了最佳的引导RNA,可用于未来的检测和治疗。

期刊来源:《自然·生物技术》

期刊编号:1087-0156

原文链接:https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-03/nygc-nk031620.php

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