Science：科学家发现一种新的切割RNA的III型CRISPR-Cas基因编辑系统
近日，荷兰代尔夫特理工大学（Technische Universiteit Delft）的Stan Brouns 博士团队在《科学》杂志上发表题为：“The gRAMP CRISPR-Cas effector is an RNA endonuclease complexed with a caspase-like peptidase”的研究论文，在该研究中，研究人员发现了一种新的可以切割RNA的III型CRISPR-Cas系统，及其此系统独特的抗病毒机制。这一发现丰富了基因编辑技术的“工具箱”，将促进一些生物技术的开发及其应用研究。
免疫系统对抗病毒
正如冠状病毒可以让人生病一样，有许多病毒感染细菌，使细菌生病。在几十亿年的进化过程中，细菌已经发展出各种巧妙的免疫系统来抵御病毒感染。CRISPR-Cas 就是这样一种免疫系统，在过去的 10 年里CRISPR-Cas是生命科学领域研究的热点之一。Brouns博士说：“自 2006 年以来，我们一直试图了解 CRISPR-Cas 系统，并且不断发现可用于重要应用的 CRISPR-Cas 新变体。CRISPR-Cas9 可以对细胞中的 DNA 进行非常精准的编辑。这引发了一场研究革命，此外，CRISPR-Cas 系统也已被证明也可于检测冠状病毒，是其 PCR 方法的有效替代方案。我们现在发现的这种新的III型 CRISPR-Cas 系统不适用于 DNA，而是适用于 RNA。”
CRISPR-Cas type IIl-E composition and characteristics.
(图片来源：science.sciencemag.org)
III 型 CRISPR-Cas 免疫在原核生物中广泛存在，通常由多亚基效应复合物介导。这些复合物识别互补的病毒转录本并能激活相应的免疫蛋白。本研究中描述的是一种来自Candidatus “Scalindua brodae”的III-E 型效应子，称为Sb- gRAMP，它由单个基因编码，具有融合在一起的几个 III 型结构域（如上图所示）。
Schematic of Sb-gRAMP-CrRNA1 hybridized to an ssRNA target with the exact cleavage sites indicated.(图片来源：science.sciencemag.org)
Sb-gRAMP使用CRISPR RNA（crRNA）来引导识别靶标RNA，并在特定位置切割单链RNA（如上图所示）。有意思的是，Sb-GRAMP与caspase-like TPR-CHAT肽酶物理结合，形成Craspase（CRISPR引导的Caspase）复合物（如下图所示），显示了一种独特的抗病毒机制，即通过CRISPR-gRNA 诱导激活胞内蛋白酶活性，来对抗病毒感染。
独特的功能
文章的第一作者 Sam van Beljouw 表示：“这个 CRISPR-Cas 系统具有许多我们以前从未见过的独特生物学特性。例如，它由一种大蛋白组成，其中结合了五种以上 CRISPR-Cas 蛋白的功能。这种蛋白质在相应位点从入侵病毒中切割 RNA，破坏病毒的RNA ，从而对抗病毒的感染。此外，该蛋白质与通常参与人体细胞死亡的蛋白质非常相似。这可能意味着当仅破坏病毒 RNA 不足以杀死病毒时，细菌会启动自杀程序。”
(图片来源：science.sciencemag.org)
细菌自杀
尽管单细胞细菌的自杀听起来自相矛盾，但它对细菌种群或者说对整个细菌群体的繁衍有很大的好处。Sam van Beljouw说：“病毒需要活细菌才能繁殖并传播感染给周围的细菌。如果受感染的细菌自行杀死，则会阻止新病毒颗粒的产生。这可以保护受攻击细菌的同类。可以说自杀的细菌是为了集体的利益而牺牲自己。”
尽管仍需要进行大量研究来解开所有机制细节，但 Brouns博士认为他们的发现可以转化为有价值的应用。Brouns博士表示：“我们希望这种新的 CRISPR 蛋白可以用作精密的分子剪刀来切割 RNA。我们还看到了将 CRISPR 蛋白转化为一种开关的可能性，我们可以用它来激活分子，例如生物活性化合物。”
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