Science：可編程的DNA剪刀
日期：2012-07-02 08:42:44
勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）的科學家發現了一種更有效的基因組編輯新方法，為基因工程和基因組研究者帶來了福音。基因工程改造的微生物（如細菌和真菌）在生物能源和藥物研發等方面起到了關鍵作用，而這一研究成果能為科學家提供極大的幫助。
勞倫斯伯克利國家實驗室的研究團隊發現了一種雙鏈RNA，能指導細菌蛋白在特定位點剪切外源DNA，而且將這種雙鏈RNA改造為單鏈RNA，能指導細菌蛋白對幾乎所有DNA序列進行剪切。該文章發表在Science雜志上。
研究人員發現的這種RNA引導的雙鏈DNA剪切是細菌獲得性免疫系統的核心。細菌和古細菌面臨著病毒和質粒的不斷攻擊，微生物為了生存采用了以CRISPR（成簇的規律間隔的短回文重復序列）為核心的免疫系統。細菌和古細菌能夠利用小crRNA分子（CRISPR-derived RNA），結合CRISPR和相關內切酶Cas蛋白（CRISPR-associated蛋白）靶標并摧毀入侵病毒和質粒的DNA。
CRISPR/Cas免疫系統主要有三種類型。這里研究人員研究的是完全依賴Cas9內切酶家族來靶標和剪切外源DNA的II型CRISPR/Cas免疫系統。研究發現在這一系統中，crRNA通過堿基配對與tracrRNA（trans-activating RNA）結合，形成雙鏈RNA。這一tracrRNA:crRNA二元復合體指導Cas9蛋白在crRNA引導序列靶標的特定位點剪切雙鏈DNA。在與crRNA引導序列互補的位點，Cas9蛋白的HNH核酸酶結構域剪切互補鏈而Cas9 RuvC-like 結構域剪切非互補鏈。
研究人員將這種tracrRNA:crRNA二元復合體改造為單鏈RNA嵌合體，也能同樣指導Cas9蛋白在特定位點剪切雙鏈DNA。tracrRNA:crRNA復合體結合Cas9蛋白，并通過crRNA與目標DNA堿基配對引導Cas9蛋白到特定DNA序列，微生物通過這一機制剪切并破壞病毒和質粒，而這一系統也可以用于對基因組中目標DNA進行改造。
研究人員正在深入研究這一RNA引導的剪切作用的細節，并測試這一系統是否能在真菌、線蟲、植物和人類細胞等真核生物中起作用。
這一機制有望成為有效的基因組改造新工具，可編程RNA引導的基因組改造為基因組編輯開辟了新途徑。
可編程的DNA剪刀：細菌免疫系統發現的雙鏈RNA指導Cas9在特異位點剪切入侵DNA。人為改造這一雙鏈RNA，可以用于進行基因組編輯。
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