立陶宛的研究人员展示了一种新的、更通用的基因编辑CRISPR系统的分子结构。
科学家们公布了著名基因编辑工具CRISPR的新版本，它可以暂时“暂停”一个给定的基因，而不是永久地关闭它。
CRISPR革命始于2012年，当时诺贝尔奖得主詹妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）和艾曼纽·查彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）发表了他们发现的一种新的基因编辑技术，这种技术比以往任何尝试过的技术都更准确、更有效。自那以后，CRISPR技术改变了基因研究，最近首次被批准用于血液疾病患者的基因治疗。
最初的CRISPR系统通过识别特定的DNA序列，然后切割DNA链的这一部分，有效地永久关闭基因。不幸的是，这种技术有风险，比如“脱靶”切割错误的基因。
然而，现在立陶宛维尔纽斯大学的研究人员引入了一种新的、更通用的基因工具包，称为IV-A型CRISPR系统。10月29日发表在《自然通讯》杂志上的一项研究描述了该系统以一种非永久性的方式使基因失活，使研究人员能够更好地控制基因活动。
IV-A型CRISPR系统不会切割DNA。“IV-A型系统在分子活动方面确实是独一无二的，”资深研究作者、维尔纽斯大学遗传学研究员和教授帕特里克·鲍什在一封电子邮件中告诉我们。“大多数其他CRISPR系统 …… 一旦它们找到一个基因，它们就把它切掉，就是这样！”相比之下，IV-A型系统持续作用于感兴趣的基因，如果你愿意的话，可以有效地按摩它的DNA。”
IV-A型系统于2018年首次被发现，科学家们在多篇论文中报告了该系统的一般功能。在他们的新研究中，帕特里克·鲍什和他的同事揭示了IV-A型CRISPR系统中分子的详细结构。他们使用了冷冻电子显微镜，这是一种用电子轰击冷冻蛋白质来创建分子3D图像的技术。
研究人员表明，通过解开DNA的双螺旋结构，IV-A型系统可以稳定但可逆地抑制基因的活性，而无需切割DNA。
“这项技术的强大之处在于，它在不改变DNA序列的情况下沉默了基因表达，”犹他州立大学（Utah State University）的生物化学家瑞安·杰克逊（Ryan Jackson）在一封电子邮件中表示，他没有参与这项研究。“这种策略在研究实验室尤其有用，因为科学家可能想让表情沉默一段时间，然后再打开表情来观察结果。”
帕特里克·鲍什说，他们的研究为该系统的未来迭代奠定了基础。他说：“我们描述了这种活动背后的分子过程，使我们能够使这个系统适应下一代基因组编辑应用。”论文中描述的系统使用一类酶来解开DNA，但也可以使用不同的酶。例如，有一些酶可以调整影响特定基因的表观遗传学，这意味着影响基因活性的因素不会改变其DNA序列。
该系统还可以使远离原始DNA靶序列的基因沉默。这是因为研究人员使用了一种名为DinG的酶，这种酶能够解开DNA双螺旋结构，然后沿着DNA链移动。
瑞安·杰克逊指出：“这种‘远距离’沉默机制不同于其他依赖于与被沉默序列直接相互作用的现有方法。他说，这种工具可以帮助科学家更好地理解基因活动被控制的复杂方式。
在未来，帕特里克·鲍什和他的同事们希望填补更多关于该系统如何工作的缺失细节，特别是CRISPR和酶分子在抑制基因时如何改变形状。在此之后，该团队希望开始探索该技术的潜在治疗应用。
他们认为，该系统应用于医学的一种方式是作为下一代基因组编辑器的平台。这些编辑器可以直接编辑DNA代码中的一对字母；暂时增加或减少特定基因的表达；或者编辑“表观基因组”。这些工具可用于临床治疗疾病，也可用于农业增产或减少食物浪费。
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