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来自微小古生菌的微小CRISPR蛋白可能具有很大的诊断影响

2019-01-22 19:11:08 • 来源：

如果你能仔细聆听古生菌，你可能会听到它们忙于分解单链DNA，这很可能是病毒的传染性物质。如果你仔细观察，你可能会发现这些微生物使用的切碎工具是一种微小的Cas蛋白质，而不是那种因其在CRISPR/Cas9基因编辑系统中的作用而出名的又大又笨重的Cas9蛋白质，而是另一种Cas9，一种叫做Cas14的蛋白质。

来自微小古生菌的微小CRISPR蛋白可能具有很大的诊断影响

尽管研究人员一直在寻找可以添加到基因编辑工具箱中的额外Cas蛋白，但Cas14一直被忽略了，可能是因为它和其他被认为太小而不能与CRISPR系统一起工作的蛋白一起被丢弃了。然而，Cas14并没有逃过加州大学伯克利分校科学家团队的注意。

CRISPR的先驱、加州大学伯克利分校生物化学、生物物理学和结构生物学教授詹妮弗·a·杜德纳(Jennifer a . Doudna)博士领导的这个团队，在筛选了数万个基因组后发现了Cas14。研究小组在美国科罗拉多州来福市的一个有毒清污点抽取的地下水样本中发现了古细菌的基因组Cas14。

据伯克利的研究人员称，Cas14有潜力成为一种生物技术工具。由于其体积小，Cas14在小细胞或某些病毒的基因编辑中可能是有用的。但凭借其单链DNA切割活性，它更有可能改进目前正在开发的针对传染病、基因突变和癌症的快速CRISPR诊断系统。

“对于分子诊断，你希望能够针对双链DNA、单链DNA和RNA，”加州大学伯克利分校杜德纳博士团队的研究生卢卡斯哈林顿(Lucas Harrington)说。“Cas12非常擅长双链DNA识别，Cas13非常擅长单链RNA识别，现在Cas14完成了这个集合:它非常擅长单链DNA识别。”

有关Cas14的细节10月18日发表在《科学》(Science)杂志上的一篇文章《微型CRISPR-Cas14酶对DNA的程序化破坏》(programming DNA destruction by micro - CRISPR-Cas14 ases)。这篇论文指出，虽然rna引导的Cas酶通常相当大(950-1400个氨基酸)，但Cas 14异常紧凑(400-700个氨基酸)。

这篇文章的作者写道:“尽管Cas14蛋白体积小，但它们能够在不受序列限制的情况下进行靶向单链DNA (ssDNA)切割。”“此外，Cas14的目标识别可触发ssDNA分子的非特异性切割，这一活动可实现高保真SNP基因分型(Cas14- detectr)。”

Cas14与Cas12和Cas13相似，在与目标DNA序列结合后，开始不加选择地切割细胞内的所有单链DNA。(相比之下，Cas9只结合和切割目标DNA。)也就是说，和Cas12一样，Cas14也有靶向的，非特异性的DNase活性。与Cas12一样，cas14也可以作为DNA检测平台(DNA endonuclease-targeted CRISPR trans reporter;用于诊断用途。

尽管随意切断DNA在治疗中可能是一个缺点，但在诊断中却是一个巨大的优点。Cas14蛋白可以与附着在单链DNA上的荧光标记物配对。当Cas14与目标DNA序列(癌症基因或感染性细菌基因)结合并开始切割DNA时，它也会切割与标记物连接的DNA，产生荧光信号。

“与Cas12相比，Cas14针对单链DNA的靶向方式要具体得多，”这项研究的合著者珍妮丝陈(Janice Chen)说。她最近刚从加州大学伯克利分校(UC Berkeley)获得博士学位。这真是一个出乎意料的发现。因为它是如此之小，我们几乎不认为它可以工作，但实际上，它是超特异性的，这使它成为诊断工具箱中一个非常强大的补充。

哈林顿观察到，小型的Cas14似乎是更大、更复杂的Cas9和Cas12蛋白质的更原始版本，这与它在更原始的微生物中的起源一致。这表明，这些分子经过了漫长的进化，变得更加专门化。加州大学伯克利分校的研究人员希望从这些原始的Cas蛋白中学习，这些蛋白是Cas酶的重要组成部分，这样他们就可以设计出最紧凑、最光滑的基因切碎机。

哈林顿指出，元基因组挖掘发现了Cas14的不同版本，这些版本可能被证明是有用的生物技术工具。他说:“令人惊讶的是，这些系统是如此的多样化。”我们已经描述了40多个新的CRISPR-Cas14系统和8种不同的亚型。这为研究这些新的CRISPR系统打开了闸门。

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