科学家发现了潜在的新基因编辑工具

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在生物技术行业中，鲜有如CRISPR-Cas系统这样引发巨大轰动的发现，它因在基因编辑领域的突破获得了2020年的诺贝尔奖。但这些天然存在于细菌中的系统有其局限性，它们仅能对基因进行微调。近年来，科学家在细菌中发现了能在基因组中插入基因或整段DNA的另一个系统，它或能引发更强大的基因编辑方法。

其它科学家明确了一类被称为CRISPR相关转座子（CRISPR-associated transposons, CASTs）的基因簇，其利用CRISPR将自身插入生物体基因组的不同位置。早期研究表明，至少对于细菌而言，它们能将整个基因或长DNA序列添加至基因组中。

如今，由德克萨斯大学奥斯汀分校的Ilya Finkelstein和Claus Wilke领导的团队已将可能的CASTs数量从十来个增加到近1500个。他们于2021年12月7日在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表了他们的研究成果。构想并领导该研究的分子生命科学副教授Finkelstein说：“利用CASTs，我们有可能插入许多基因。这些基因被称为‘基因盒’，能编码多种复杂的功能。”除此之外，这为治疗多基因相关的复杂疾病提供了可能。

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据《基因工程和生物技术新闻》（Genetic Engineering and Biotechnology News, GEN）报道，CRISPR研究员兼诺奖得主Jennifer Doudna预测，CASTs将成为扩展基因编辑工具包的关键因素，它将可能在十年内引入“在任何基因位点、任何生物体中的任何变化”。

该团队使用德克萨斯高级计算中心（Texas Advanced Computing Center, TACC）的Stampede2超级计算机，梳理了世界上最大的基因组片段数据库，研究数据来自尚未实现实验室培养或完全测序的微生物。

综合生物学系主任兼教授Wilke说：“如果没有德克萨斯高级计算中心的智力支持，该研究将成为空中楼阁。”他领导了该项目的数据工程部分。他估测，若在功能强大的台式计算机上运行搜索，将耗费数年时间；而若借助该大学的一台超级计算机，则将在几周内完成最终分析。三名研究生（James Rybarski、Kuang Hu和Alexis Hill）已在该项目的各个方面全职工作了近两年。Finkelstein说：“该项工作被称为生物勘探，正如在大量淤泥中淘沙取金一样。”

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德克萨斯大学奥斯汀分校的团队发现了1476个新推测的CASTs，包括了三个新家族，使已知的家族数量翻了一番。他们已经对其中的几个进行了实验验证，并计划接续进行更多测试。最终，Finkelstein预测它们中的大多数确实是CASTs。

“若拥有的数量太少，我们不太可能拥有最好的CASTs。”Wilke说，“而如今我们拥有了上千个CASTs，便可以开始从中挑出最易使用、最有效或最精确的那些。希望依托新的基因编辑系统，我们能够比之前做得更好。”Finkelstein说，我们的短期目标是使许多的这些新系统适用于基因工程细菌，而长期挑战是“驯化”该系统在人体细胞中工作。“我们的终极目标是让它在哺乳动物细胞中发挥作用。”Finkelstein说。

翻译：熊茵

审校：赵冰莹

引进来源：德克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin）

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