新的杀手CRISPR系统是不像科学家已经见过的任何系统一样的

一旦被激活，CRISPR-Cas12a2系统就暴怒，无差别的切割DNA和RNA，造成细胞死亡。

HEALTH — JANUARY 21, 2023

Kristin Houser

Credit: Artur / Adobe Stock

关键要点

就像人类有一个免疫系统来防止感染一样，一些细菌有一个叫CRISPR的防御系统来保护它们抵抗病毒。 

CRISPR让细菌从它之前已经见过的病毒收集短DNA序列。细胞将这些DNA序列转录成RNA，这然后与Cas蛋白结合，其中最著名的是Cas9。当细胞被一个有一个匹配的DNA序列病毒感染时Cas9切碎它。

新发现的叫Cas12a2的蛋白质，，一旦被激活就暴怒并切割DNA和RNA，造成细胞死亡。

一个破坏受感染细胞的独特CRISPR系统是不像科学家之前已经见过的任何东西一样的------而它可能会彻底改变我们在未来怎样使用这个强大的基因编辑技术。

CRISPR 101：虽然细菌能感染人类，但它们也能被感染------一种病毒能将它的DNA注射进一个细菌细胞中，然后像病毒工厂一样使用这个细胞，在细胞内创造越来越多的自身的拷贝，直到它破裂为止。

就像我们有一个免疫系统来保护我们免受感染一样，一些细菌有一个叫CRISPR的防御系统。

CRISPR让细菌从它之前已经见过的病毒收集短DNA序列。一旦它有一个新的DNA序列，CRISPR系统创造CRISPR相关（Cas）的蛋白，其中包含以RNA写入的序列拷贝。

有几种不同的Cas蛋白，但我们最了解的是Cas9。一旦被创建，它将漂浮在一个细胞周围，等待它的目标来尝试再次感染细菌。

如果这种情况发生，Cas9蛋白中的RNA序列将与病毒DNA中的匹配序列结合并割过它的双螺旋的两侧。然后，被切片的病毒DNA能被细菌中的其它他蛋白质破坏------阻止感染。

 “这是一种从同行科学家引起可听到的喘息的现象”。RYAN JACKSON

2012年，劳伦斯伯克利国家实验室的科学家发表了一篇论文，表明CRISPR可被用于基因组编辑。原来是它狂的成功的，而不仅仅是在细菌中------如果你正确的编程CRISPR-Cas9，你能在植物、动物甚至人类中失活或去除基因。

从那时起，研究人员已经用CRISPR-Cas9来治疗疾病、创造更健康的作物等等。他们也已经发现并利用了Cas9以外的CRISPR蛋白例如Cas13，它切割单链RNA分子而不是双链DNA分子。

有什么新的？现在，美国和德国的研究人员已经发表了两篇论文，详细介绍一种新的CRISPR蛋白Cas12a2，他们说它更像是一把基因瑞士军刀而不是一把剪刀。

犹他州立大学的研究员廉杰克森说，“对这个新系统...我们正在看到一个不像迄今为止在CRISPR系统中已经被观察到结构和功能一样的任何东西”。

当其他CRISPR系统与它们的靶序列结合做出它们的切割然后停止时，研究人员通过一种叫“冷冻电子显微镜”的技术了解到当Cas12a2与它的靶标结合时它似乎来“激活”，改变形状。

杰克逊说，“这是一个结构中的来观察非常不同寻常的变化------一种引起来自科学家同行可听到喘息声的现象”。

一旦被激活，蛋白质能与靠近它的任何基因物质结合，无论它是单链RNA、单链DNA还是双链DNA。然后Cas12a2开始切碎这种物质，无差别的在物质中做出多个切割。

因为基因物质能属于细菌本身，结果能是细胞死亡。从本质上讲，CRISPR造成受感染的细胞来自我毁灭------而不是让它变成一个病毒工厂。

杰克逊说，“对那个特定的细胞是可怜的，但它保护整个细菌菌落以便病毒不通过它传播”。

如果CRISPR-Cas12a2是可编程的，我们也许能够用它来杀死有癌变突变的细胞。

CRISPR对癌症：新发表的论文详细介绍了Cas12a2的结构和功能，但需要更多的研究来确定我们为我们的益处怎样能够利用这个系统。

到目前为止，好消息是CRISPR-Cas12a2看起来是可编程的，这意味着我们可能能够用它来杀死某些细胞，例如有癌变突变的细胞，同时留下健康细胞不受伤害。

杰克逊说，“如果Cas12a2可被利用来在基因水平上识别、靶向和破坏细胞，潜在的治疗应用是重要的”。

测试的未来：这种蛋白质也有作为诊断工具的潜力。

过去，科学家们已经编程了CRISPR系统当它们与特定病毒序列结合时来产生可检测的信号------如果在将CRISPR技术添加到一个唾液、尿液或其他液体样本后看到该信号，研究人员知道它含有这种病毒。

 问题是在那些测试中的CRISPR系统在与病毒序列结合后破坏病毒序列，这降低测试的灵敏度，但通过将突变插入Cas12a2中，研究人员发现了他们只能在激活后让它切碎单链DNA。

“这可能导致一个非常敏感的诊断系统。JACK BRAVO

这意味着当蛋白质与一个RNA病毒------造成流感、COVID-19、普通感冒和其他感染的类型------的靶序列结合时用Cas12a2的测试可以产生一个信号，不会破坏激活它的病毒RNA。

因为RNA仍然会在那里来激活其它漂浮着的CRISPR蛋白，信号将被增强 。

德克萨斯大学奥斯汀分校的研究员杰克布拉沃说，“这可能会导致一个真的敏感的诊断系统，因为我们没有耗尽我们正在试图来发现的东西”。

“今天，我们没有新的大陆来探索......但这里在分子生物科学，这是一个新的前沿领域”。 RYAN JACKSON

理论上，这种诊断测试将高度的准确，就像用PCR 测试COVID-19 检测一样，但价格低廉且易于使用------就像灵敏度较低但更方便的家庭COVID-19 测试一样。 

一旦我们知道新的RNA病毒的基因组，新的RNA病毒的测试也可以很容易被生产。

展望未来：尽管像它一样令人兴奋，但在我们能开始利用Cas12a2作为一个诊断或治疗工具的潜在能力之前还需要更多的研究。

杰克逊说，“我们只触及了表面，但我们相信Cas12a2可能会导致将极大地有益于社会的改进和额外的CRISPR技术”。

他补充说，“今天，我们没有新的大陆来探索，也没有其他以这种方式来发现的东西，但这里在分子生物科学中，这是一个新的前沿， 这是一个你能做出真正酷发现的地方” 。

本文 article最初由我们的姊妹网站Freethink发布。一个《探索未来》的道具，一个改变世界的技术的每周指南。你能通过 here订阅在每个星期四早上让这样的故事直接发送到您的收件箱

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