研究人員使用蛋白質(zhì)工程和AI模型使蛋白質(zhì)TnpB對(duì)基因組編輯更加有效。圖片來源：蘇黎世大學(xué)

瑞士蘇黎世大學(xué)與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)小而強(qiáng)大的TnpB蛋白開發(fā)出一種變體。該變體修飾DNA的效率提高了4.4倍，成為一種緊湊、有效的基因編輯新工具。研究成果發(fā)表在最新一期《自然·方法》雜志上。

CRISPR-Cas（又稱“基因魔剪”）系統(tǒng)由蛋白質(zhì)和RNA組成，最初是作為細(xì)菌抵御入侵病毒的自然防御機(jī)制而開發(fā)的。

Cas蛋白是從更小的蛋白質(zhì)進(jìn)化而來的，其中TnpB是Cas12的祖先。由于Cas蛋白的大尺寸限制了將其遞送到體內(nèi)目標(biāo)細(xì)胞，最新研究試圖使用其較小的進(jìn)化祖細(xì)胞作為基因組編輯工具。

TnpB蛋白存在于多種細(xì)菌和古細(xì)菌中。此次研究團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了TnpB，使其可比原始蛋白更有效地編輯哺乳動(dòng)物細(xì)胞的DNA。訣竅是通過兩種方式修改該工具：首先，使其更有效地進(jìn)入基因組DNA所在的細(xì)胞核；其次，使其也針對(duì)替代基因組序列。

團(tuán)隊(duì)在10211個(gè)不同的靶位點(diǎn)測(cè)試了TnpB。利用新開發(fā)的人工智能模型，團(tuán)隊(duì)能預(yù)測(cè)任何給定目標(biāo)位點(diǎn)的TnpB編輯效率，從而更容易、更快速地設(shè)計(jì)基因編輯實(shí)驗(yàn)。通過這些預(yù)測(cè)，團(tuán)隊(duì)在小鼠肝臟中實(shí)現(xiàn)了高達(dá)75.3%的效率，在小鼠大腦中實(shí)現(xiàn)了高達(dá)65.9%的效率。

團(tuán)隊(duì)能使用臨床上可行的腺相關(guān)病毒載體，有效地將工具運(yùn)輸?shù)叫∈蠹?xì)胞中。由于其體積小，TnpB基因編輯系統(tǒng)可包裝成單個(gè)病毒顆粒。相比之下，CRISPR-Cas9成分必須包裝成多個(gè)病毒顆粒，這意味著需要應(yīng)用更高的載體劑量。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明，新工具能編輯一個(gè)調(diào)節(jié)膽固醇水平的基因，從而將實(shí)驗(yàn)小鼠的膽固醇降低近80%。

【總編輯圈點(diǎn)】

基因編輯讓人類擁有了非凡能力，可對(duì)生物體的遺傳指令進(jìn)行精確修改。引起廣泛關(guān)注的CRISPR編輯技術(shù)，用到的蛋白通常為Cas9和Cas12。不過，這些蛋白比較笨重，“拖家?guī)Э凇?。TnpB被認(rèn)為是Cas12的祖先，它更古老，也更緊湊，是有巨大潛力的微型基因編輯工具。此次，研究團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了TnpB，把這把“剪刀”打磨得更為鋒利。它能更有效地編輯哺乳動(dòng)物細(xì)胞的DNA，實(shí)現(xiàn)了更加簡(jiǎn)易的基因編輯。

（原標(biāo)題《利用小而強(qiáng)的蛋白，緊湊型“基因魔剪”實(shí)現(xiàn)高效編輯》）