CRISPR-Cas系統已經被廣泛開發并應用于各類細胞和組織的遺傳或表觀遺傳編輯，相關技術亦被逐步用于農業育種、人類疾病治療及生物能源生產等方面，是未來生物科技發展的重要領域。

但經過近十年的研究，僅有Cas9和Cas12a這兩類酶能被用作高效的基因編輯工具。其中，常用的SpyCas9和AsCas12a蛋白分子量大，超過1300個氨基酸，極大地影響了細胞轉染效率和可用于蛋白質工程編輯的自由度。另外，許多研究表明，這兩個酶存在較為嚴重的脫靶效應，而且多種病原微生物中也存在這兩類酶，這些因素都嚴重阻礙了CRISPR-Cas基因編輯技術的體內應用，尤其是針對人類疾病治療相關的應用。

近日，清華大學劉俊杰課題組與加州大學伯克利分校 Jennifer Doudna 課題組合作，在 Molecular Cell 期刊在線發表了題為：Chimeric CRISPR-CasX enzymes and guide RNAs for improved genome editing activity 的研究論文。

該研究通過解析PlmCasX與底物的不同結構狀態，并與DpbCasX對比，解釋了DpbCasX和PlmCasX各異的體內外DNA切割活性的結構基礎。同時，通過對CasX蛋白和sgRNA的結構改造，極大地提高了DpbCasX和PlmCasX的基因編輯效率，在GFP位點上可達90%，在內源位點上可達50%。CasX具有分子量小（僅980個氨基酸）、基因編輯效率高及非特異性DNA切割活性低等眾多優點，有望為基因編輯工具的臨床應用提供重要技術支撐。

劉俊杰助理教授長期專注DNA和RNA核酸酶研究及相關核酸操縱工具的開發。2019年，劉俊杰及其合作者發現并鑒定了一類來自于非致病菌的、可用于基因編輯操作的小型（<1000個氨基酸）CRISPR-CasX核酸酶 （Liu J.J. et al.， Nature， 2019）。該工作也通過對DpbCasX與gRNA及DNA底物所存在的不同結構狀態的解析，揭示了CasX如何有效地協調多個結構亞基來完成基于單個酶活中心的DNA雙鏈切割的機理，這與Cas9和Cas12a系統截然不同。然而，CasX以及近期其他課題組報道的小型基因編輯工具，如CasPhi， Cas12f 等，基因編輯效率均比較低，限制了它們的廣泛應用。（生物谷Bioon.com）

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