子科生物報(bào)道：對(duì)自然多樣性的廣泛探索使麻省理工學(xué)院麥戈文腦研究所和Broad研究所的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了古老的TIGR（串聯(lián)間隔引導(dǎo)RNA）系統(tǒng)，這些系統(tǒng)有望擴(kuò)展基因編輯工具箱。這些系統(tǒng)使用RNA引導(dǎo)它們到達(dá)DNA上的特定位置。TIGR系統(tǒng)可以被重新編程以靶向任何感興趣的DNA序列，并且它們具有不同的功能模塊，可以作用于靶向的DNA。與CRISPR等其他RNA引導(dǎo)系統(tǒng)相比，TIGR系統(tǒng)非常緊湊，這在治療應(yīng)用中是一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。這些發(fā)現(xiàn)于2月27日在線發(fā)表在《Science》雜志上。

“這是一個(gè)功能多樣化的RNA引導(dǎo)系統(tǒng)?！鳖I(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的麻省理工學(xué)院神經(jīng)科學(xué)教授Feng Zhang說。Zhang的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的TIGR相關(guān)（Tas）蛋白具有一個(gè)特征性的RNA結(jié)合組分，該組分與RNA引導(dǎo)相互作用，將其引導(dǎo)至基因組中的特定位置。其中一些蛋白會(huì)在該位置切割DNA，利用蛋白的相鄰DNA切割段。這種模塊化特性可能有助于工具開發(fā)，允許研究人員將有用的特性整合到天然Tas蛋白中。

“自然是非常神奇的?！盳hang說，“它擁有巨大的多樣性，我們一直在探索這種自然多樣性，以發(fā)現(xiàn)新的生物機(jī)制，并將其應(yīng)用于不同的應(yīng)用中，以操縱生物過程?！贝饲埃琙hang的團(tuán)隊(duì)將細(xì)菌CRISPR系統(tǒng)改編為基因編輯工具，徹底改變了現(xiàn)代生物學(xué)。他的團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了多種可編程蛋白，包括CRISPR系統(tǒng)之外的蛋白。

在他們的新工作中，為了尋找新的可編程系統(tǒng)，團(tuán)隊(duì)首先聚焦于CRISPR-Cas9蛋白的一個(gè)結(jié)構(gòu)特征，該特征使其能夠結(jié)合RNA引導(dǎo)。這是使Cas9成為強(qiáng)大工具的關(guān)鍵特征：“RNA引導(dǎo)使其相對(duì)容易重新編程，因?yàn)槲覀冎繰NA如何與其他DNA或RNA結(jié)合?！盳hang解釋道。他的團(tuán)隊(duì)搜索了數(shù)億個(gè)已知或預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的生物蛋白，尋找具有類似結(jié)構(gòu)域的蛋白。為了找到更遠(yuǎn)親緣關(guān)系的蛋白，他們采用迭代過程：從Cas9出發(fā)，他們發(fā)現(xiàn)了一種名為IS110的蛋白，該蛋白此前已被證明能夠結(jié)合RNA。他們隨后聚焦于IS110的RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)特征，并重復(fù)搜索。

此時(shí)，搜索結(jié)果中出現(xiàn)了如此多遠(yuǎn)親緣關(guān)系的蛋白，以至于團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向人工智能來梳理這份清單?！爱?dāng)你進(jìn)行迭代深度挖掘時(shí)，結(jié)果可能如此多樣，以至于難以使用依賴保守序列的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)發(fā)育方法進(jìn)行分析?！盳hang實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算生物學(xué)家Guilhem Faure解釋道。通過使用蛋白質(zhì)大語言模型，團(tuán)隊(duì)能夠根據(jù)它們可能的進(jìn)化關(guān)系將發(fā)現(xiàn)的蛋白分組。其中一個(gè)組脫穎而出，其成員特別引人注目，因?yàn)樗鼈冇删哂幸?guī)律間隔重復(fù)序列的基因編碼，這些序列類似于CRISPR系統(tǒng)的必要組成部分。這些就是TIGR-Tas系統(tǒng)。

Zhang的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了超過20,000種不同的Tas蛋白，主要存在于感染細(xì)菌的病毒中。每個(gè)基因的重復(fù)區(qū)域內(nèi)的序列——其TIGR陣列——編碼一個(gè)RNA引導(dǎo)，該引導(dǎo)與蛋白的RNA結(jié)合部分相互作用。在某些情況下，RNA結(jié)合區(qū)域與蛋白的DNA切割部分相鄰。其他一些則似乎能夠結(jié)合其他蛋白，這表明它們可能有助于將這些蛋白引導(dǎo)至DNA靶點(diǎn)。

Zhang及其團(tuán)隊(duì)對(duì)數(shù)十種Tas蛋白進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，證明其中一些可以被編程以在人類細(xì)胞中對(duì)DNA進(jìn)行靶向切割。在考慮將TIGR-Tas系統(tǒng)開發(fā)為可編程工具時(shí)，研究人員對(duì)其可能具有的靈活性和精確性充滿信心。

他們指出，CRISPR系統(tǒng)只能被引導(dǎo)至兩側(cè)有短序列基序（PAM，原間隔相鄰基序）的DNA片段。相比之下，TIGR-Tas蛋白沒有這樣的要求?！斑@意味著理論上，基因組中的任何位點(diǎn)都可以被靶向。”科學(xué)顧問Rhiannon Macrae說。該團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)還表明，TIGR系統(tǒng)具有Faure所說的“雙引導(dǎo)系統(tǒng)”，與DNA雙螺旋的兩條鏈相互作用以定位目標(biāo)序列，這將確保它們僅在其RNA引導(dǎo)所指示的位置發(fā)揮作用。此外，Tas蛋白非常緊湊——平均為Cas9的四分之一大小——這使得它們更容易遞送，從而克服了基因編輯工具治療應(yīng)用中的一個(gè)主要障礙。

對(duì)這一發(fā)現(xiàn)感到興奮的Zhang團(tuán)隊(duì)目前正在研究TIGR系統(tǒng)在病毒中的天然作用，以及它們?nèi)绾伪桓木幱糜谘芯炕蛑委?。他們已?jīng)確定了一種在人類細(xì)胞中起作用的Tas蛋白的分子結(jié)構(gòu)，并將利用這些信息指導(dǎo)其提高效率的努力。此外，他們還注意到TIGR-Tas系統(tǒng)與人類細(xì)胞中某些RNA處理蛋白之間的聯(lián)系?！拔艺J(rèn)為在這些關(guān)系中還有更多值得研究的內(nèi)容，它可能幫助我們更好地理解這些系統(tǒng)在人類中的應(yīng)用?！盳hang說。