特伦托大学的宏基因组研究结果表明，CRISPR工具箱需要为另一种CRISPR酶腾出空间。由于新鉴定的酶异常紧凑，因此破坏应该是最小的。它由1,000多个氨基酸组成。但它也具有很强的活性和高度的精确性。希望它可以在腺相关病毒(AAV)载体提供的狭小空间内与指导RNA一起包装，从而扩大体内基因编辑在治疗应用中的用途。

宏基因组研究中发现的CRISPR酶虽小但活跃且精确

该研究由细胞、计算和综合生物学系的AnnaCereseto博士和NicolaSegata博士领导。Cereseto领导的实验室致力于开发先进的基因组编辑技术及其在医疗领域的应用。Segata是宏基因组学实验室的负责人，他在那里研究人类微生物组的多样性和特征及其在健康中的作用。他们的合作在肠道细菌中鉴定出了新的CRISPR-Cas9分子，该分子可能具有治疗遗传疾病的临床潜力。

该研究的详细结果最近发表在《自然通讯》上，题为“CoCas9是一种来自人类微生物组的紧凑核酸酶，可用于高效、精确的基因组编辑”。

“[通过]对大规模扩展的宏基因组组装基因组库(主要来自人类微生物组)进行询问，我们发现了多种(n =17,173)II型CRISPR-Cas位点，”该文章的作者写道。“其中我们鉴定出了CoCas9，一种从未培养的Collinsella物种中分离出来的具有强活性和高保真度的核酸酶，其分子大小较小(1,004个氨基酸)。”

特伦托大学的科学家还评估了CoCas9在临床相关模型(即人类造血干/祖细胞和小鼠视网膜)中的表现。例如，在小鼠视网膜实验中，科学家们通过AAV载体共同传递CoCas9及其sgRNA，以靶向RHO基因，该基因在常染色体显性视网膜色素变性的常见形式中发生突变。

“我们通过视网膜下注射，向5周大的小鼠注射了一种带有CoCas9的一体化AAV8，靶向hRHO，”该文章的作者报告道。“给药四个星期后，我们观察到hRHO目标​​的编辑效率高达35.6%，七个视网膜的平均编辑效率为10.5%。这些结果证明了CoCas9在临床开发方面的潜力。”

世界各地的研究人员正在研究基因组疗法，以寻找遗传性疾病的新疗法。使用CRISPR-Cas9系统进行基因组编辑是基于Cas9蛋白的使用，它可以被编程以在基因组中进行特定的修改，以剪切或替换有害的DNA序列，纠正导致疾病的突变。这项生物技术于2012年在美国被发现，并已导致一种获得批准的疗法，即治疗镰状细胞病的药物。现在，特伦托大学进行的这项研究使基因组研究向前迈进了一步。

“与其他CRISPR-Cas9方法相比，我们确定的方法精确有效，而且更紧凑，”Cereseto说。他自2018年开发evoCas9以来一直参与基因组编辑器的研究。“正如我们在视网膜中的实验所证明的那样，这种新的CRISPR-Cas9分子将更容易地输送到遗传疾病治疗中必须治疗的器官。”

扩大CRISPR-Cas工具的范围对于加快遗传疾病疗法的开发是必要的。这可以通过修改天然酶来完成，就像evoCas9的情况一样，但发现已经进化的可以发挥作用的酶具有巨大的优势。与Segata计算宏基因组学实验室的合作使Cereseto分子病毒学实验室能够揭示CRISPR-Cas9系统的巨大自然储备，从中提取用于人类基因组编辑的新的有价值的工具。

“通过查询我们多年来创建的微生物组基因组数据库，我们发现了大量具有有趣的基因组编辑特性的Cas9，”Cereseto和Segata指出。“我们在肠道细菌中发现了多种CRISPR-Cas9。特别是，我们在柯林斯菌属(一种常见于人类肠道中的细菌属)中鉴定出了CoCas9核酸酶。

“使用宏基因组方法对整个微生物组进行测序，然后对组装的基因组进行实验室重建，从而鉴定出多种物种。包括CoCas9在内的一系列新Cas9核酸酶的发现使得基因组编辑工具包变得更加庞大。

“给药困难仍然阻碍着遗传疾病疗法的发展。然而，CoCas9由于其尺寸小，显示出基因治疗应用的潜力，因此是通过工程方法进行优化的潜在候选者，值得进一步研究。我们已经在开展临床开发项目。”