如果你能仔細聆聽古生菌，你可能會聽到它們忙于分解單鏈DNA，這很可能是病毒的傳染性物質(zhì)。如果你仔細觀察，你可能會發(fā)現(xiàn)這些微生物使用的切碎工具是一種微小的Cas蛋白質(zhì)，而不是那種因其在CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)中的作用而出名的又大又笨重的Cas9蛋白質(zhì)，而是另一種Cas9，一種叫做Cas14的蛋白質(zhì)。

盡管研究人員一直在尋找可以添加到基因編輯工具箱中的額外Cas蛋白，但Cas14一直被忽略了，可能是因為它和其他被認為太小而不能與CRISPR系統(tǒng)一起工作的蛋白一起被丟棄了。然而，Cas14并沒有逃過加州大學伯克利分?？茖W家團隊的注意。

CRISPR的先驅(qū)、加州大學伯克利分校生物化學、生物物理學和結(jié)構(gòu)生物學教授詹妮弗·a·杜德納(Jennifer a . Doudna)博士領導的這個團隊，在篩選了數(shù)萬個基因組后發(fā)現(xiàn)了Cas14。研究小組在美國科羅拉多州來福市的一個有毒清污點抽取的地下水樣本中發(fā)現(xiàn)了古細菌的基因組Cas14。

據(jù)伯克利的研究人員稱，Cas14有潛力成為一種生物技術工具。由于其體積小，Cas14在小細胞或某些病毒的基因編輯中可能是有用的。但憑借其單鏈DNA切割活性，它更有可能改進目前正在開發(fā)的針對傳染病、基因突變和癌癥的快速CRISPR診斷系統(tǒng)。

“對于分子診斷，你希望能夠針對雙鏈DNA、單鏈DNA和RNA，”加州大學伯克利分校杜德納博士團隊的研究生盧卡斯哈林頓(Lucas Harrington)說。“Cas12非常擅長雙鏈DNA識別，Cas13非常擅長單鏈RNA識別，現(xiàn)在Cas14完成了這個集合:它非常擅長單鏈DNA識別。”

有關Cas14的細節(jié)10月18日發(fā)表在《科學》(Science)雜志上的一篇文章《微型CRISPR-Cas14酶對DNA的程序化破壞》(programming DNA destruction by micro - CRISPR-Cas14 ases)。這篇論文指出，雖然rna引導的Cas酶通常相當大(950-1400個氨基酸)，但Cas 14異常緊湊(400-700個氨基酸)。

這篇文章的作者寫道:“盡管Cas14蛋白體積小，但它們能夠在不受序列限制的情況下進行靶向單鏈DNA (ssDNA)切割。”“此外，Cas14的目標識別可觸發(fā)ssDNA分子的非特異性切割，這一活動可實現(xiàn)高保真SNP基因分型(Cas14- detectr)。”

Cas14與Cas12和Cas13相似，在與目標DNA序列結(jié)合后，開始不加選擇地切割細胞內(nèi)的所有單鏈DNA。(相比之下，Cas9只結(jié)合和切割目標DNA。)也就是說，和Cas12一樣，Cas14也有靶向的，非特異性的DNase活性。與Cas12一樣，cas14也可以作為DNA檢測平臺(DNA endonuclease-targeted CRISPR trans reporter;用于診斷用途。

盡管隨意切斷DNA在治療中可能是一個缺點，但在診斷中卻是一個巨大的優(yōu)點。Cas14蛋白可以與附著在單鏈DNA上的熒光標記物配對。當Cas14與目標DNA序列(癌癥基因或感染性細菌基因)結(jié)合并開始切割DNA時，它也會切割與標記物連接的DNA，產(chǎn)生熒光信號。

“與Cas12相比，Cas14針對單鏈DNA的靶向方式要具體得多，”這項研究的合著者珍妮絲陳(Janice Chen)說。她最近剛從加州大學伯克利分校(UC Berkeley)獲得博士學位。這真是一個出乎意料的發(fā)現(xiàn)。因為它是如此之小，我們幾乎不認為它可以工作，但實際上，它是超特異性的，這使它成為診斷工具箱中一個非常強大的補充。

哈林頓觀察到，小型的Cas14似乎是更大、更復雜的Cas9和Cas12蛋白質(zhì)的更原始版本，這與它在更原始的微生物中的起源一致。這表明，這些分子經(jīng)過了漫長的進化，變得更加專門化。加州大學伯克利分校的研究人員希望從這些原始的Cas蛋白中學習，這些蛋白是Cas酶的重要組成部分，這樣他們就可以設計出最緊湊、最光滑的基因切碎機。

哈林頓指出，元基因組挖掘發(fā)現(xiàn)了Cas14的不同版本，這些版本可能被證明是有用的生物技術工具。他說:“令人驚訝的是，這些系統(tǒng)是如此的多樣化。”我們已經(jīng)描述了40多個新的CRISPR-Cas14系統(tǒng)和8種不同的亞型。這為研究這些新的CRISPR系統(tǒng)打開了閘門。