新的研究發(fā)現(xiàn)，稱為 Fanzors 的RNA引導酶在真核生物中廣泛存在。
從蝸牛到藻類再到阿米巴原蟲，多種物種都會產(chǎn)生稱為 Fanzors 的可編程DNA切割酶，麻省理工學院麥戈文腦研究所科學家的一項新研究已經(jīng)識別出數(shù)千種此類酶。Fanzors 是 RNA 引導的酶，可以通過編程在特定位點切割 DNA，就像為廣泛使用的基因編輯系統(tǒng) CRISPR 提供動力的細菌酶一樣。最近在《科學進展》雜志上報道了新認識的天然 Fanzor 酶的多樣性，為科學家提供了一套廣泛的可編程酶，這些酶可能適用于研究或醫(yī)學的新工具。
“RNA 引導生物學可以讓你制作出真正易于使用的可編程工具。因此，我們發(fā)現(xiàn)的越多越好，”麥戈文研究員奧馬爾·阿布達耶 (Omar Abudayyeh) 說道，他與麥戈文研究員喬納森·古騰伯格 (Jonathan Gootenberg) 一起領導了這項研究。
CRISPR 和 Fanzors 的承諾
CRISPR 是一種古老的細菌防御系統(tǒng)，它清楚地表明了 RNA 引導酶在適合實驗室使用時的用途。麻省理工學院教授兼麥戈文研究員 Feng Zhang、Abudayyeh、Gootenberg 等人開發(fā)的基于 CRISPR 的基因組編輯工具改變了科學家修改 DNA 的方式，加速了研究并促進了許多實驗性基因療法的開發(fā)。
此后，研究人員在細菌世界中發(fā)現(xiàn)了其他 RNA 引導酶，其中許多酶具有使其在實驗室中有價值的功能。張的團隊今年早些時候報道了 Fanzors 的發(fā)現(xiàn)，它能夠以 RNA 引導的方式切割 DNA，這開辟了 RNA 引導生物學的新領域。
Fanzors 是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的第一個此類酶。真核生物是一類廣泛的生命形式，包括植物、動物和真菌，由保存每個細胞遺傳物質的膜結合核定義。(缺乏細胞核的細菌屬于原核生物。)
“長期以來，人們一直在原核系統(tǒng)中尋找有趣的工具，我認為這取得了令人難以置信的成果，”古騰伯格說。“真核系統(tǒng)實際上是一個全新的工作場所。”
Abudayyeh 和 Gootenberg 說，一個希望是，在真核生物中自然進化的酶可能更適合在包括人類在內的其他真核生物的細胞中安全有效地發(fā)揮作用。張的團隊已經(jīng)證明 Fanzor 酶可以被設計為精確切割人類細胞中的特定 DNA 序列。
在新研究中，Abudayyeh 和 Gootenberg 發(fā)現(xiàn)，一些 Fanzor 即使沒有優(yōu)化也可以靶向人類細胞中的 DNA 序列。“它們在哺乳動物細胞中非常有效地發(fā)揮作用，這一事實真是太棒了，”古騰伯格說。
進化的見解和未來的應用
在本次研究之前，已在真核生物中發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種 Fanzors。通過由實驗室成員 Justin Lim 領導的對遺傳數(shù)據(jù)庫的廣泛搜索，Gootenberg 和 Abudayyeh 的團隊現(xiàn)已將這些酶的已知多樣性擴大了一個數(shù)量級。
在該團隊在真核生物和感染真核生物的病毒中發(fā)現(xiàn)的 3,600 多個 Fanzors 中，研究人員能夠識別出 5 個不同的酶家族。通過比較這些酶的精確組成，他們發(fā)現(xiàn)了漫長進化歷史的證據(jù)。
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