許多古生菌（Archaea）都存在CRISPR系統，用于保護自身免于病毒的攻擊。它們會(huì )利用天然的Cas蛋白質(zhì)，用于“撕碎”入侵的病毒DNA。其中，最主流的Cas酶是基礎版釀膿鏈球菌Cas9酶（SpCas9）。
隨著(zhù)研究的深入，科學(xué)家們還找到其他成員：靶向RNA的基因編輯酶C2c2（Cas13a）、靶CasRx（Cas13d）以及有任意切割單鏈DNA潛能的Cas12a（Cpf1）。此外，還有Cas14，迄今為止最小版的Cas蛋白。
Cas14
盡管研究人員一直在尋找可以添加到“基因編輯工具箱”中的Cas蛋白，但是Cas14卻被忽視了。因為相比于其他Cas酶，它太小了，以至于被認為不能與其他蛋白協(xié)同工作。
來(lái)自加州大學(xué)伯克利分校的CRISPR “女神”Jennifer Doudna及其團隊卻沒(méi)有放棄它。他們篩選了數萬(wàn)個(gè)基因組（來(lái)源于各種環(huán)境樣本的宏基因組測序結果），從中發(fā)現了Cas14。
Doudna團隊認為，Cas14具有作為生物技術(shù)工具的潛力。正是因為體積小，Cas14有望在小細胞或某些病毒中發(fā)揮基因編輯的作用。但是，考慮到其切割單鏈DNA的活性，Cas14更有可能應用于CRISPR快速診斷系統，用于診療傳染病、基因突變和癌癥。
最新發(fā)現
Cas蛋白會(huì )在gRNA的指引下與特定DNA結合，并對其剪切。通常，Cas酶相對較大（950-1400個(gè)氨基酸，SpCas9蛋白由1,368個(gè)氨基酸組成），但是Cas14特別精致，僅有400-700個(gè)氨基酸。
“雖然Cas14蛋白體積小，但是它能夠在沒(méi)有限制性序列要求的情況下進(jìn)行定向單鏈DNA（ssDNA）切割。此外，Cas14的目標識別會(huì )帶來(lái)ssDNA分子的非特異性切割，這是一種能夠實(shí)現高保真SNP基因分型（Cas14-DETECTR）的活動(dòng)。”研究人員解釋道。
而且，Cas14與Cas12a、Cas13a相似，在與目標DNA序列結合后，開(kāi)始不加區別地切割細胞內的所有單鏈DNA。相比之下，Cas9只結合并切割目標DNA。也就是說(shuō)，Cas14和Cas12a一樣，具有靶向依賴(lài)性的非特異性脫氧核糖核酸酶活性。
用途：即時(shí)診斷
值得一提的是， Doudna團隊曾重點(diǎn)分析過(guò)Cas12a，首次發(fā)現這一酶可以對所有的單鏈DNA進(jìn)行任意切割?；谶@一特點(diǎn)，Doudna團隊開(kāi)發(fā)了一種診斷系統——DNA endonuclease-targeted CRISPR trans reporter，DETECTR，用于對臨床樣本中的少量DNA進(jìn)行快速、簡(jiǎn)便地即時(shí)檢測，適用于癌癥和傳染病等用途。相關(guān)研究成果于今年2月發(fā)表在《Science》期刊上。
現在，這一篇最新研究為DETECTR增添了新的“利器”：與Cas12a一樣，Cas14同樣可以用于核酸檢測。
雖然肆意切割DNA在治療上可能是一個(gè)缺點(diǎn)，但是對于診斷而言卻是一個(gè)很大的優(yōu)勢。Cas14蛋白可以與附著(zhù)在單鏈DNA上的熒光標記物配對。當Cas14與目標DNA（可以是癌癥基因，也可以是細菌基因）序列結合并開(kāi)始切割DNA時(shí)，它也會(huì )切斷與標記物連接的DNA，產(chǎn)生熒光信號。
“與Cas12相比，Cas14靶向單鏈DNA的方式要更特別。”文章作者 Janice Chen表示道，“這是一個(gè)出乎意料的發(fā)現。因為它很小，我們幾乎不認為它能工作，但實(shí)際上，它是超特異性的，這使它成為診斷工具箱中真正強大的補充。”
完善CRISPR隊伍
“對于分子診斷，我們希望可以識別雙鏈DNA、單鏈DNA和RNA。” Doudna團隊的研究生Lucas Harrington表示道，“Cas12a非常擅長(cháng)靶向雙鏈DNA，Cas13則擅長(cháng)RNA識別，現在識別單鏈DNA的Cas14的加入讓隊伍更完善了。”
研究人員認為，體積較小的Cas14似乎是更大、更復雜的Cas9和Cas12a蛋白質(zhì)的更原始版本。這意味著(zhù)，這些分子在經(jīng)歷漫長(cháng)的進(jìn)化后，變得更加專(zhuān)門(mén)化。
他們希望，從這些天然的Cas酶中設計出更為精致、高效的基因編輯器。“借助于宏基因組測序技術(shù)，我們挖掘了40多種CRISPR-Cas14系統和8種不同的亞型，這為研究新的CRISPR系統提供了線(xiàn)索。” Lucas Harrington總結道。
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