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CRISPR Cas14蛋白和CasΦ蛋白让基因组编辑如虎添翼

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CRISPR SpCas9蛋白是基因组编辑中最流行的Cas蛋白,但是科学家一直在发掘新的CRISPR Cas蛋白。CRISPR Cas14蛋白和CasΦ蛋白系列的发现为CRISPR基因编辑提供了更多的可能。

目前用于CRISPR基因组编辑的CRIPSR Cas9蛋白SpCas9存在局限性。新发现的CRISPR-Cas蛋白家族CRISPR Cas14蛋白和CasΦ蛋白可以克服这些局限性。CRISPR Cas14蛋白和CRISPR CasΦ蛋白能够在多种生物和组织中进行更有效的基因组编辑。

SpCas9的局限性

SpCas9来自一种叫酿脓链球菌(Streptococcus pyogenes,简称Sp)的细菌。酿脓链球菌是一种人类病原体。Ferdosi等人的证据表明,在人类中使用SpCas9蛋白进行基因组编辑可能会导致危险的免疫反应。

此外,SpCas9相当大。它有1368个氨基酸长(1368aa),很难放入标准的运输工具中。因此很难将SpCas9导入靶细胞和组织。

最后,SpCas9需要一个被称为“PAM”的特定DNA序列,来靶向一个相邻的序列进行基因组编辑。SpCas9的PAM为5'-NGG-3'。这限制了SpCas9可以编辑的站点的数量,限制了SpCas9的实用性。

宏基因组研究人员发现Cas14和CasΦ

鉴于SpCas9的限制,研究人员一直在利用宏基因组学发掘新的Cas蛋白,用于基因组编辑和其他方面。简单地说,这个过程利用从许多环境中取样的DNA序列数据库。研究人员对这些序列进行筛选,以找到CRISPR系统的特征。一旦发现,他们分离出这些系统,并确定它们是否正常工作。

利用宏基因组学技术,研究人员发现了CRISPR Cas14a蛋白。Cas14a蛋白家族的一个成员来自于科罗拉多州Rifle附近的地下水中采集的古细菌样本。

这个Cas蛋白家族来自感染细菌的病毒“噬菌体”,特别是CasΦ蛋白来自一组基因组较大的噬菌体,称为“大噬菌体”。这些噬菌体已在不同地点的宏基因组样本中发现。人们相信噬菌体利用CRISPR系统来破坏某些细菌的过程。它们还可以防止其他噬菌体感染同一细菌宿主。

CRISPR Cas14蛋白和CasΦ蛋白给基因组编辑带来了巨大的好处和非常有益的帮助。

CRISPR CAS14蛋白CasΦ蛋白与CAS9蛋白比较

如上图所示,Cas14和CasΦ都有利于基因组编辑。这些属性可能使它们比SpCas9更有用。

首先,Cas14和CasΦ都不是来自人类病原体。因此,当在人体中使用时,相比于SpCas9,它们更不可能触发免疫反应。

此外,CRISPR-Cas14蛋白和CasΦ蛋白都很小。Cas14家族的成员大约有500个氨基酸。CasΦ家族的成员稍大一些,大约750aa。这意味着来自这两个家族的蛋白质应该比SpCas9蛋白更容易输送到靶组织。

最后,Cas14蛋白和CasΦ蛋白对PAM的要求比SpCas9蛋白少。他们对PAM没有严格的要求,可以使用多种富含T的序列作为PAM。例如,CasΦ的PAM之一是5'-TBN-3', 其中B可以是G、T或C。这种松散的PAM限制让CRISPR/Cas14和CasΦ基因组编辑可以针对更多的DNA序列,从而使它们比SpCas9蛋白有更多的用途。


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