CRISPR，重新编程：人类免疫系统的新搭档？
IGI 研究人员 sic 细菌 病毒 战斗机 Cas9 新一代竞争者：植物和动物病毒。
加州大学伯克利分校的科学家和创新 基因组学 研究所在使用 CRISPR-Cas9 方面取得了重大进展 基因组编辑 技术来产生合成免疫反应。 在今天发表在期刊上的工作中 手机, 他们修改了 Cas9 蛋白质 这样它才会在有危险病原体的情况下被激活，然后遵循其 RNA 阻止感染的计划。 这些相同的进步提高了 Cas9 在未来医疗应用中的安全性。
锁定 Cas9
可编程 RNA 将 Cas9 蛋白引导至 基因组, Cas9 充当分子剪刀，切割目标 的DNA该系统的不同版本可用于打开或关闭基因，或修复有害的 DNA 突变，例如导致遗传疾病的突变。
正常的 Cas9 蛋白由两部分组成：识别并帮助附着在 DNA 和 RNA 上的叶瓣，以及 核酸酶 切割目标 DNA 的叶片。 CRISPR 先驱詹妮弗·杜德纳 (Jennifer Doudna)、加州大学伯克利分校教授戴维·萨维奇 (David Savage) 和他的实验室的研究人员制造出了一种名为 ProCas9 的新蛋白质。
蛋白质由折叠成三维形状的氨基酸链组成。使用一种称为循环置换的技术，Cas9 蛋白的两端弯曲成一个圆圈——但它们不是直接连接它们，而是在它们之间放置一个分子“锁”。在 ProCas9 中，Cas9 切割 DNA 的部分被锁定，无法发挥作用。这个锁是一条短链蛋白质，只能通过特定的蛋白质切割技术来切割 酶 识别该蛋白质链的“关键”或蛋白酶。
使用 Cas9 作为免疫反应
CRISPR-Cas9 是一种免疫反应， 菌 ProCas9 可用于抵御病毒。ProCas9 也可以用作免疫防御，识别和应对植物和动物中的病毒病原体。科学家可以对 ProCas9 进行锁定迭代，其中的钥匙是仅由特定病毒制造的蛋白质：只有当病毒 细胞 被该病毒感染。几乎无穷无尽的蛋白质链可用于制造锁，从而可以对系统进行编程以应对几乎任何 病原 制造蛋白质钥匙。这种 Cas9 可以与 RNA 向导配对，旨在模拟对感染的免疫反应，保护生物体免受伤害。
研究人员在活细胞中测试了这个系统，发现他们可以成功地锁定 ProCas9 并使用来自威胁人类健康的病毒（如寨卡病毒和西尼罗河病毒）以及导致粮食作物（包括马铃薯）大量损失的病毒的蛋白质键释放其作用，李子和尤卡。
“虽然这是一个非常早期的概念证明，但它证明了这可能是一种合成免疫系统的想法。 我们现在有能力对免疫感应蛋白的输入和输出进行编程，”共同主要作者本杰明·奥克斯说。 “这是真正令人兴奋的部分——我们构建的本质上是一种天生的威胁检测蛋白，你可以通过编程来做任何你想做的事！
Oakes 是 IGI 企业家研究员，经营着自己的研究小组。 这个程序 资助那些提出高影响力项目的早期职业调查人员，这些项目将创新想法从学术界带入更广泛的经济领域。 IGI 计划将 UC 中最好的研究成果带入一个论坛，在那里它可以帮助尽可能多的人。
降低 CRISPR-Cas9 的风险：不是行为不端
在人类患者身上使用 Cas9 的主要担忧之一是它可能会产生科学家所说的“脱靶效应”——也就是说，除了在 CRISPR 序列指定的 DNA 靶点处切割基因组外，它还可能偶尔在其他地方切割基因组。人们担心使用“始终开启”的 Cas9 版本治疗人类疾病可能会产生有害的副作用。为了充分利用这项激动人心的技术的力量，科学家们一直在寻找更好地控制 Cas9 的方法，使其只在他们想要的时间和地点发挥作用。
因为这些蛋白质锁会使 ProCas9 处于非活动状态，除非被钥匙释放，所以它们极大地降低了脱靶效应的风险。 在实验室测试中，当细胞用常规 Cas9 处理时，作者可以检测到脱靶效应，但在用锁定的 ProCas9 处理时则没有。
这些蛋白质锁还可以赋予 ProCas9 位置特异性，这是减少脱靶效应和提高治疗效果的另一个重要策略：ProCas9 可以对仅存在于某些器官或组织中的蛋白质键做出反应，从而使 Cas9 成为唯一在需要的地方打开。 CRISPR-Cas9 系统的这些重大改进使我们更接近于安全有效地用于医学和农业。
先农业，后世界
“长期以来，我们一直依赖于我们能够在自然界中找到的 CRISPR 支架，”研究小组负责人 David Savage 说。 “然而，这些蛋白质进化到在细菌免疫系统的背景下起作用，而不是在人类细胞中作为精确的基因组编辑和结合蛋白。 我们的工作表明，我们采用天然支架并完全重新优化它们以实现新功能。 我认为这种改变——从天然蛋白质转向完全优化为基因组编辑平台的新支架——是本文的重大贡献。”
由 CRISPR-ProCas9 驱动的可编程合成免疫反应很可能首先在农业中被采用。 “这将在植物中最有用，因为像 Potyviruses 这样的东西，”Oakes 说，指的是影响普通粮食作物的病毒家族，给农民造成粮食产量和利润的重大损失。
“我们距离在人类中编程免疫反应还有几年的时间。 但是想想未来二十年生物学的发展方向——生物学是下一个技术。 这是下一台电脑。 生物学不会做计算机所做的事情，但它会改变我们周围世界的现实。 这更令人兴奋。”
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这项研究发表在该杂志的网络版上 手机 作为“CRISPR-Cas9 环状排列作为基因组修饰的可编程支架。” 除了奥克斯、杜德娜和萨维奇之外，克里斯托夫费尔曼是共同主要作者。 其他作者是 Harneet Rishi、Kian L. Taylor、Shawn M. Ren、Dana C. Nadler、Rayka Yokoo 和 Adam P. Arkin。 这项研究由创新基因组学研究所的创业研究员计划、美国国立卫生研究院、霍华德休斯医学研究所和西蒙斯基金会资助。
创新基因组学研究所 (IGI) 是加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校之间的一个非营利性学术合作机构，支持整个湾区的合作研究项目。 IGI 的使命是开发和部署基因组工程，以治愈疾病、确保粮食安全并为今世后代维持环境。 作为基因组编辑、功能基因组学和其他尖端技术的先驱，IGI 科学家不断突破科学的界限。
媒体联系
梅根 Hochstrasser：megan.hochstrasser@berkeley.edu
大卫·萨维奇：savage@berkeley.edu
By
希望亨德森
