张锋Cell子刊：第二类CRISPR-Cas基因组编辑系统

　　

生物通报道  一个国际CRISPR-Cas研究人员小组发现了自然存在的、具有基因组编辑潜力的三个新系统。发现以及确定这些系统的特征有望进一步扩大基因组编辑工具箱，为生物医学研究开辟新的途径。这项研究发表在10月22日的《分子细胞》（Molecular Cell）杂志上。

美国国立卫生研究院下属国立医学图书馆(NLM)国家生物技术信息中心(NCBI)的资深研究员Eugene Koonin博士,及麻省理工学院-哈佛大学Broad研究所的张锋（Feng Zhang）博士共同领导了这一研究（延伸阅读：张锋Cell：新一代CRISPR基因组编辑系统 ）。

Koonin说：“这项研究显示出了发现具有不同性能新型CRISPR-Cas系统的一条途径。进化是如何获得一系列广泛的生物活性的，是这一故事最值得关注的一个方面，我们可以利用这一壮举来获得新的基因组操控工具。”

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来自CRISPR系统的酶给基因组学领域带来了革命性的发展，使得研究人员能够靶向基因组特异区域，在精确的位点编辑DNA。"CRISPR"指的是规律成簇的间隔短回文重复序列，它是细菌利用来防御入侵病毒的一种系统的关键组件。CRISPR系统生成的一种酶：Cas9可以一种高度序列特异性方式结合DNA并切割它，使得能够精确操控DNA区域。Cas9一类的酶为研究人员提供了比以往开发的方法要更快速、更廉价和更精确的一种基因编辑工具。

三个新发现的系统与Cas9和近期新确定特征的一种CRISPR酶Cpf1共享了一些特征，但它们也具有自身一些独特的特性，有可能可以被利用来实现新的基因组编辑应用。这项研究凸显了CRISPR系统的多样性，研究人员可以利用这种多样性来开发出更高效、有效及精确的DNA编辑方法。

研究人员采用了一种新生物信息学方法来发现这些暂时被命名为C2c1、C2c2和C2c3的新蛋白，他们开发出一系列的计算方法来搜索NIH基因组数据库，鉴别新的CRISPR-Cas系统。

论文的共同作者、Rutgers与Skolkovo生物技术研究所的Konstantin Severinov说：“现在有许多方法可以修改搜索算法，因此可以预计很快将揭示出一些更令人兴奋及不同的CRISPR-Cas机制。这些机制毫无疑问将吸引基础和应用科学家们的注意。”

初期的实验工作探究了这些蛋白质的功能，揭示出它们与已充分确定特征、广泛用于基因组编辑的Cas9蛋白大不相同。

通过分析C2c1、C2c2和C2c3，研究小组推断出了这些适应性防御系统复杂的进化途经。

张锋说：“这项工作的合作性质凸显了将具有不同优势的顶尖科学家汇集到一起，在计算、分子生物学和进化生物学的界面上进行创新的能力。”

Koonin和张锋的研究小组还在近期开展项目合作，鉴别出了一个新型CRISPR核酸酶Cpf1的特征，Cpf1有望变成一个重要的基因编辑工具。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Discovery and Functional Characterization of Diverse Class 2 CRISPR-Cas Systems

Microbial CRISPR-Cas systems are divided into Class 1, with multisubunit effector complexes, and Class 2, with single protein effectors. Currently, only two Class 2 effectors, Cas9 and Cpf1, are known. We describe here three distinct Class 2 CRISPR-Cas systems. The effectors of two of the identified systems, C2c1 and C2c3, contain RuvC-like endonuclease domains distantly related to Cpf1. The third system, C2c2, contains an effector with two predicted HEPN RNase domains. Whereas production of mature CRISPR RNA (crRNA) by C2c1 depends on tracrRNA, C2c2 crRNA maturation is tracrRNA independent. We found that C2c1 systems can mediate DNA interference in a 5′-PAM-dependent fashion analogous to Cpf1. However, unlike Cpf1, which is a single-RNA-guided nuclease, C2c1 depends on both crRNA and tracrRNA for DNA cleavage. Finally, comparative analysis indicates that Class 2 CRISPR-Cas systems evolved on multiple occasions through recombination of Class 1 adaptation modules with effector proteins acquired from distinct mobile elements.
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