2025-05-23 11:01:45
平均編輯效率較過去提高11倍，將為基因治療及動植物生物育種提供全新的技術(shù)解決方案，這是西北農(nóng)林科技大學（簡稱西農(nóng)）羊遺傳改良與生物育種團隊聯(lián)合國內(nèi)多家單位開發(fā)的微型真核基因編輯工具enNlovFz2的亮眼本領(lǐng)。5月20日，關(guān)于該新工具的研究論文刊登于國際學術(shù)期刊《自然·化學生物學》上。
基因是遺傳物質(zhì)的載體，塑造了生命的多樣性和復雜性?；蚓庉嬍抢斫夂透脑焐年P(guān)鍵技術(shù)，為人類解決多個領(lǐng)域的諸多難題提供了新思路和新方法?；诮?jīng)典的基因編輯系統(tǒng)CRISPR（成簇規(guī)律間隔短回文重復序列）及其衍生技術(shù)在功能機制研究、基因治療及動植物育種等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而大部分CRISPR蛋白尺寸較大，難以實現(xiàn)單個腺相關(guān)病毒AAV的包裝遞送，從而限制了其在生物體內(nèi)編輯的高效應(yīng)用。
近年來，由RNA（核糖核酸）引導的微型基因編輯工具被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，推動了基因編輯工具邁入“小型化”時代。基因編輯領(lǐng)域先驅(qū)—張鋒團隊發(fā)現(xiàn)了一類新的RNA引導核酸酶，將其命名為“OMEGA系統(tǒng)”，并證實其中源自真核生物的Fanzor蛋白可對人類基因組特定位點進行靶向插入與缺失編輯。與來自原核生物的CRISPR/Cas系統(tǒng)不同，F(xiàn)anzor源自真核生物，其理論上可以減少動物體內(nèi)非必要的免疫反應(yīng)，且保真性強。但是，原始版本的Fanzor系統(tǒng)編輯效率較低（<10%），也限制了其在生物醫(yī)學和動植物品種改良中的高效應(yīng)用。
西農(nóng)羊遺傳改良與生物育種團隊綜合應(yīng)用基于人工智能的RNA結(jié)構(gòu)優(yōu)化、蛋白質(zhì)工程化改造、流式細胞術(shù)、全基因組脫靶檢測等手段，首次對來源于Fanzor家族的NlovFz2–ωRNA系統(tǒng)進行改造，開發(fā)出一種新的微型真核基因編輯工具enNlovFz2，這也是首個基于Fanzor蛋白工具改造的研究報道。
圖1 OMEGA/NlovFz2系統(tǒng)的改造與應(yīng)用
團隊利用該工具對人類基因組的26個靶位點進行了有效編輯，其插入-刪除效率高達81.2%，相比原始版本平均編輯效率提高11倍（圖1）。相關(guān)實驗表明，該工具相較于過去，能夠識別范圍更廣的基因序列（圖2）。團隊利用該工具還成功制備了小鼠白化疾病模型，兩個編輯位點體內(nèi)編輯效率分別達到38.3%和48.7%。同時，在人源化杜氏肌營養(yǎng)不良癥（DMD）小鼠疾病模型中，該工具成功并高效將小鼠肌纖維中肌萎縮蛋白水平恢復至野生型小鼠的20%，展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。
圖2 體外生化試驗定義enNlovFz2的切割特性
源自真核生物的這一新工具豐富了用于基因組編輯的迷你型核酸酶工具箱，為基因治療及動植物生物育種提供了高效的候選工具。
西農(nóng)王小龍教授、徐坤副教授和上海科技大學吳兆韡副研究員為論文的通訊作者，魏迎輝教授、博士研究生高鵬飛、碩士研究生陳宇斐、上?？萍即髮W潘登博士及中國科學院藥物研究所李國玲副研究員為論文的共同第一作者，此研究得到了西農(nóng)陳玉林教授的大力支持，得到了農(nóng)業(yè)生物育種重大專項、國家自然科學基金、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和學校人才項目等資助。（西北農(nóng)林科技大學 靳軍）
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