瑞士研究人员设计出小巧高效的“基因剪刀”

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瑞士苏黎世大学日前发布公报说，该校研究人员领衔的团队成功改造一种源自细菌的小型蛋白质TnpB，并利用它设计出小巧而高效的“基因剪刀”，可望使基因编辑变得更容易。相关论文日前已发表在英国《自然·方法学》杂志上。

据介绍，基于CRISPR-Cas系统的新型基因编辑技术被称为“基因剪刀”，已被广泛应用于基因工程领域。CRISPR-Cas系统源自细菌防御病毒入侵的机制，其中用到的Cas蛋白质是由更小的分子演变而来，TnpB就是该技术常用蛋白质之一Cas12的“祖先”。

Cas蛋白质分子通常较大，要将它们运送到细胞内需要进行基因编辑的位置并不容易。科学界已尝试将CRISPR-Cas系统中的Cas蛋白质分子替换成TnpB等前体分子，从而设计出更小巧的“基因剪刀”，但发现其编辑效率不高。最新研究中，苏黎世大学等机构研究人员通过对TnpB分子进行改造，使其基因编辑效率提高了约4.4倍。在动物实验中，患高胆固醇血症的小鼠在经过用TnpB分子制成的“基因剪刀”治疗后，胆固醇水平显著降低。

新研究采用的TnpB分子提取自抗辐射奇异球菌，这是一种能耐受大剂量辐射和多种严苛环境的细菌。科研团队利用自主研发的人工智能模型，预测了TnpB分子对小鼠细胞基因组中1万多个靶向位点的编辑效果。

借助人工智能模型的预测，研究人员用常见的腺病毒载体运载TnpB分子，在动物实验中实现高效的基因编辑，其中在小鼠肝脏和脑组织中的编辑效率分别达到75.3%和65.9%。由于TnpB分子仅由约400个氨基酸组成，基于该分子的“基因剪刀”只需单个病毒颗粒就能运载。作为对比，Cas9和Cas12蛋白质分子尺寸超过1000个氨基酸，需要使用更高的载体剂量。