可以使用CRISPR指导遗传搭便车者

在一项新的研究中，北卡罗来纳州立大学的研究人员描述了一系列分子工具的特征，这些分子工具可以重写(而不仅仅是编辑)生物体的大块DNA，这些工具基于与自私的遗传“搭便车”(称为转座子)相关的CRISPR-Cas系统。

研究人员研究了多种IF型CRISPR-Cas系统，并对它们进行工程改造，以将遗传货物(最多10,000个额外的遗传密码字母)添加到转座子的货物中，以对细菌(在本例中为大肠杆菌)进行所需的改变。该论文发表在NucleicAcidsResearch中。

这些发现扩展了CRISPR工具箱，并可能在治疗学、生物技术和更可持续、更高效的农业需要灵活的基因组编辑时对细菌和其他生物的操作产生重大影响。

细菌使用CRISPR-Cas作为适应性免疫系统来抵御病毒等敌人的攻击。科学家们已经对这些系统进行了改造，以去除或切割和替换各种生物体中的特定遗传密码序列。新发现表明，可以移动或添加数量呈指数增长的遗传密码，从而有可能增加CRISPR的功能。

“在自然界中，转座子已经选择了CRISPR系统来自私地在生物体的基因组周围移动以帮助自己生存。我们反过来通过与转座子整合一个可以四处移动的可编程CRISPR-Cas系统来选择自然界中发生的事情RodolpheBarrangou说，他是北卡罗来纳州食品、生物加工和营养科学领域的ToddR.Klaenhammer特聘教授，也是一篇描述该研究的论文的通讯作者。

“使用这种方法，我们证明了我们可以通过将DNA块移动多达10,000个字母来设计基因组，”Barrangou说。“大自然已经这样做了——生物信息学数据显示了多达100,000个遗传字母被基于转座子的CRISPR系统移动的例子——但现在我们可以通过使用这个系统来控制和设计它。

“为了完成搭便车的类比，我们正在设计搭便车的人将某些行李或货物带入汽车，以便在汽车到达目的地时运送某种类型的有效载荷。”

该研究表明，研究人员证明了该方法在实验室工作台体外和大肠杆菌体内的有效性。研究人员选择了10种不同的CRISPR相关转座子来测试该方法的有效性。该方法适用于所有10个转座子，尽管它们的有效性会根据温度和转座子货物负载的大小等因素而有所不同。

“令人兴奋的是，我们测试的所有系统在将它们从其原生生物形式重建为基因组编辑工具后都具有功能，”北卡罗来纳州立大学研究生兼该研究的第一作者AveryRoberts说。“我们发现了这些系统的新特性，但随着该领域的快速发展，可能会有更多相关的发现和应用出现。”

研究还表明，该方法可以同时用于不同的转座子。

“与其他CRISPR系统(如更熟悉的II型Cas-9系统)不同，我们可以引入一个完整的代谢途径，为生物体整合一套全新的功能，而不是只有一个基因，”Barrangou说。“在未来，这可能意味着为植物提供更灵活的抗病性或抗旱性，例如。”

“我们对这些发现感到兴奋，并看到了将这些新发现的系统应用于作物以加速开发更具弹性、更高产的品种的潜力，”先正达种子全球种子研究负责人吴谷穗说。

Barrangou和Wu补充说，这项研究中的工作提供了公私合作推动科学发现和培训未来劳动力的一个很好的例子。

该论文的合著者包括北卡罗来纳州立大学研究生AveryRoberts和前北卡罗来纳州立大学博士。学生MatthewNethery。