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              動物研究所建立蛋白工程化改造新方法和基于Cas12i的基因編輯新工具

                CRISPR-Cas基因組編輯技術在基因治療、農作物經濟性狀改良以及基礎研究等領域都有多樣化的應用,引領生物技術與應用的快速發展。自然界中廣泛存在的天然CRISPR-Cas系統為新型基因編輯工具研發提供了豐富資源。然而,自然界微生物中發現的大多數Cas工具蛋白在哺乳動物細胞中的編輯效率很低,這大大限制了它們的應用,尤其是在生物醫學方面的應用。

                中國科學院動物研究所的研究團隊建立了一種蛋白質工程化改造的新方法(Improving Editing Activity by Synergistic Engineering,簡稱MIDAS),并利用該方法獲得了高活性的Cas12iMax以及高特異性的Cas12iHiFi等基因編輯新工具。

                研究發現,通過MIDAS方法能夠顯著提高來自不同CRISPR家族的Cas核酸酶,例如Cas12i,Cas12b以及CasX等CRISPR系統的基因編輯效率。其中Cas12i由于其較小的蛋白質尺寸、簡單的crRNA以及PAM,具有較好的應用潛力。通過MIDAS方法改造的Cas12i具有以下優勢和特點:(1)Cas12iMax編輯效率非常高,相較于目前廣泛使用CRISPR基因編輯工具(AsCas12a,BhCas12b v4,SpCas9,SaCas9以及SaCas9-KKH),展現了更高的平均基因編輯效率。(2)Cas12iMax具有非常廣泛的基因組靶向范圍,能夠高效地識別NTNN,NNTN,NAAN以及NCAN等PAM序列,可識別PAM覆蓋了70%的人基因組。(3)在Cas12iMax的基礎上進一步改造獲得了新的突變體Cas12iHiFi。Cas12iHiFi在全基因組范圍內展現了的極高的特異性和極低的脫靶效應,同時保留Cas12iMax 90%的On-target基因編輯活性。

                MIDAS方法有望在多種CRISPR系統的基因編輯工具化改造中發揮作用,其中該研究所改造的新型Cas12i基因編輯工具在動物模型制備、作物育種、醫學核酸檢測、基因治療等多項領域都具有廣泛的應用前景。

                相關成果于2022年5月26日在國際學術期刊The Innovation 發表。該研究工作由中國科學院動物研究所和北京干細胞與再生醫學研究院完成。動物所研究員周琪和李偉為論文的通訊作者;博士生陳陽燦、胡艷萍、王鑫閣為共同第一作者。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項和中科院基礎研究青年團隊項目的支持。

                原文鏈接:https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(22)00060-1#relatedArticles

              圖. 開發新型蛋白質工程化改造的方法,獲得高效基因組編輯工具Cas12i

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