勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種更有效的基因組編輯新方法，為基因工程和基因組研究者帶來了福音。基因工程改造的微生物（如細(xì)菌和真菌）在生物能源和藥物研發(fā)等方面起到了關(guān)鍵作用，而這一研究成果能為科學(xué)家提供極大的幫助。

勞倫斯伯克利國家實驗室的研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種雙鏈RNA，能指導(dǎo)細(xì)菌蛋白在特定位點剪切外源DNA，而且將這種雙鏈RNA改造為單鏈RNA，能指導(dǎo)細(xì)菌蛋白對幾乎所有DNA序列進(jìn)行剪切。該文章發(fā)表在Science雜志上。

研究人員發(fā)現(xiàn)的這種RNA引導(dǎo)的雙鏈DNA剪切是細(xì)菌獲得性免疫系統(tǒng)的核心。細(xì)菌和古細(xì)菌面臨著病毒和質(zhì)粒的不斷攻擊，微生物為了生存采用了以CRISPR（成簇的規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列）為核心的免疫系統(tǒng)。細(xì)菌和古細(xì)菌能夠利用小crRNA分子（CRISPR-derived RNA），結(jié)合CRISPR和相關(guān)內(nèi)切酶Cas蛋白（CRISPR-associated蛋白）靶標(biāo)并摧毀入侵病毒和質(zhì)粒的DNA。

CRISPR/Cas免疫系統(tǒng)主要有三種類型。這里研究人員研究的是完全依賴Cas9內(nèi)切酶家族來靶標(biāo)和剪切外源DNA的II型CRISPR/Cas免疫系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)在這一系統(tǒng)中，crRNA通過堿基配對與tracrRNA（trans-activating RNA）結(jié)合，形成雙鏈RNA。這一tracrRNA:crRNA二元復(fù)合體指導(dǎo)Cas9蛋白在crRNA引導(dǎo)序列靶標(biāo)的特定位點剪切雙鏈DNA。在與crRNA引導(dǎo)序列互補(bǔ)的位點，Cas9蛋白的HNH核酸酶結(jié)構(gòu)域剪切互補(bǔ)鏈而Cas9 RuvC-like 結(jié)構(gòu)域剪切非互補(bǔ)鏈。

研究人員將這種tracrRNA:crRNA二元復(fù)合體改造為單鏈RNA嵌合體，也能同樣指導(dǎo)Cas9蛋白在特定位點剪切雙鏈DNA。tracrRNA:crRNA復(fù)合體結(jié)合Cas9蛋白，并通過crRNA與目標(biāo)DNA堿基配對引導(dǎo)Cas9蛋白到特定DNA序列，微生物通過這一機(jī)制剪切并破壞病毒和質(zhì)粒，而這一系統(tǒng)也可以用于對基因組中目標(biāo)DNA進(jìn)行改造。

研究人員正在深入研究這一RNA引導(dǎo)的剪切作用的細(xì)節(jié)，并測試這一系統(tǒng)是否能在真菌、線蟲、植物和人類細(xì)胞等真核生物中起作用。

這一機(jī)制有望成為有效的基因組改造新工具，可編程RNA引導(dǎo)的基因組改造為基因組編輯開辟了新途徑。

可編程的DNA剪刀：細(xì)菌免疫系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的雙鏈RNA指導(dǎo)Cas9在特異位點剪切入侵DNA。人為改造這一雙鏈RNA，可以用于進(jìn)行基因組編輯。