一群古老的微生物,其中包含一些地球上最小的生命形式也有最小的CRISPR基因编辑机器发现了迄今为止。矮小的蛋白质机械,被称为Cas14,但有关三分之一的大小Cas9蛋白质,业务结束CRISPR-Cas9革命基因编辑工具。Cas9隔绝细菌的时候,发现Cas14基因组的一群Archaea-a原始相对最小的细胞和细菌包含一些最小的基因组。

Cas9和其他中科院微生物蛋白质是防御系统进化的一部分,以保护自己免受病毒。都是有针对性的酶,寻找并将非常有选择性地绑定到一个特定的DNA或RNA序列微生物,那些匹配序列存储在其CRISPR记忆银行早前病毒感染和然后削减DNA或RNA禁用新入侵者。

像Cas9 Cas14有潜力作为生物技术工具。因为它的体积小,Cas14可能是有用的在编辑基因在小细胞或病毒。但是其单链DNA切割活动,它更有可能提高快速CRISPR诊断系统现在正在开发的传染病,基因突变和癌症。

“分子诊断,您希望能够目标双链DNA单链DNA和RNA,”卢卡斯·哈林顿说,加州大学伯克利分校的研究生和一篇论文的第一作者报告发现。“Cas12擅长双链DNA识别,Cas13现在擅长单链RNA识别和Cas14完成集:擅长单链DNA识别。”

Cas14 Cas12和Cas13相似,绑定到目标DNA序列之后,它开始不分青红皂白地削减所有单链DNA在细胞。相比之下,Cas9绑定,只削减目标DNA。

DNA是一个可能的缺点的滥伐疗法,但在诊断一个很大的优势。Cas14蛋白可以与荧光标记连接到一块的单链DNA。当Cas14绑定到目标传染性细菌和DNA测序癌症基因或基因开始切割DNA,它也会降低DNA与标记,生成一个荧光信号。

“Cas14目标单链DNA比Cas12更具体的方式,“添加哈林顿的同事,珍妮丝,最近从加州大学伯克利分校获得了哲学博士学位。“这是一个意想不到的发现。因为它很小,所以我们几乎认为它可以工作,但实际上这是super-specific,这使得它也很强大的诊断工具。”

哈林顿,陈和他们的同事们,包括CRISPR-Cas9发明家Jennifer Doudna加州大学伯克利分校教授的分子和细胞生物学和化学,适应了Cas14与诊断系统,叫做DETECTR,它现在使用Cas12和Cas13快速检测传染性生物和基因突变的存在。哈林顿,Doudna和陈是公司的共同创始人,庞大的生物科学,商业化DETECTR。

发现将在网上公布10月18日提前印刷出版在《科学》杂志上。Doudna霍华德休斯医学研究所研究员和创新的基因组学研究所的主任。班菲尔德是IGI的微生物引起。

Cas14蛋白被发现co-first作者哈林顿大卫Burstein,现在在以色列特拉维夫大学的一位教授,他们寻找中科院微生物基因组的变异在数据库中创建了过去15年的加州大学伯克利分校的同事领导的研究小组吉尔班菲尔德,地球和行星科学和环境科学教授,政策和管理。基因组,在成千上万的编号,是通过宏基因组测序的DNA样本各种异国情调的环境。Cas14发现古生菌的基因组测序的地下水样品从有毒清理网站获得步枪,科罗拉多。

两年前,哈林顿和Burstein发现其他小型Cas蛋白质,CasX和卡西,而矿业宏基因组数据库。

Cas14大小的一半400和700个氨基酸长度CasX和比所有其他已知的Cas系统小,长度范围从950年到1400年氨基酸。

“通过偶发事件,我们发现这些非常小的蛋白质,而其他人就扔掉,因为他们不像之前所知CRISPR系统。Harrington说:“它们太小了。“我们决定,到底,让我们试一试。我们测试出来,我们震惊地发现,这些都是实际功能的系统。”

数据库中发现的基因Cas14仅仅是个开始。迄今为止最Cas蛋白质中发现了细菌,因此适用于标准的实验室细菌,大肠杆菌。但Cas14来自古菌和一群古生菌的最小,称为DPANN。所有中科院蛋白质的RNA结合位瞄准和绑定,但与CRISPR-Cas9 RNA Cas14行不通,所以团队也有鱼从数据库中必须存在的两个RNA Cas14函数。

此外,DPANN古生菌不能生长在实验室出现寄生或在某种程度上依赖于其他大型Archaea-so研究者必须创建合适的环境在试管中。

符合它的起源在一种更原始的微生物,缩减Cas14似乎更原始版本的更大、更复杂的Cas9和Cas12蛋白质,哈林顿说,暗示在漫长的分子进化更专业。研究人员希望能从这些原始Cas蛋白质,ca酶的基本组件,这样他们就可以设计最紧凑和光滑的基因刀具。

哈林顿指出宏基因组挖掘了各种版本的Cas14可能被证明是有用的生物技术工具。“一个神奇的事情……这些系统是多么不同,”他说。“我们描述40多个新的CRISPR-Cas14系统和八个不同的亚型。这打开了闸门的调查这些新的CRISPR系统。”