分子剪刀如何在正確的位置切割

烏普薩拉大學(xué)的一個研究小組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了CRISPR-Cas9-也被稱為“分子剪刀” - 可以在基因組中搜索特定的DNA序列。Cas9已經(jīng)在生物技術(shù)方面有很多應(yīng)用，并且還有望徹底改變醫(yī)學(xué)。新的研究結(jié)果表明，如何改進Cas9，使分子剪刀更快，更可靠。該研究發(fā)表在“科學(xué)”雜志上。

在不到十年的時間里，CRISPR-Cas9徹底改變了生物學(xué)研究。出于特定目的，Cas9使得可以校正或修飾(“編輯”)基本上任何DNA序列。希望遺傳剪刀也能使遺傳病得到治愈和預(yù)防。

Cas9的令人興奮的方面是該分子可以用一段人工遺傳密碼編程，然后可以在該基因組中尋找相應(yīng)的序列。烏普薩拉大學(xué)的一個研究小組現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)Cas9如何找到正確的序列。

大多數(shù)搜索DNA代碼的蛋白質(zhì)只能通過檢測DNA雙螺旋的外部來識別一個特定的序列。Cas9可以搜索任意代碼，但要確定它是否在正確的位置，分子必須打開雙DNA螺旋并將序列與編程代碼進行比較。令人難以置信的是，它仍然可以在不使用任何能量的情況下搜索整個基因組，“負(fù)責(zé)該研究的Johan Elf說。

研究人員開發(fā)了兩種新方法來測量Cas9找到其靶序列的時間。第一種方法顯示，Cas9需要長達6小時才能搜索細(xì)菌，即通過400萬個堿基對。這種不太可能的結(jié)果也可通過第二種獨立技術(shù)驗證。發(fā)現(xiàn)的時間也與Cas9可用于測試每個位置的毫秒數(shù)一致，研究人員能夠通過實時跟蹤標(biāo)記的Cas9分子來測量。

'結(jié)果表明，Cas9為其靈活性付出的代價是時間。為了更快地找到目標(biāo)，需要更多的Cas9分子尋找相同的DNA序列，“Johan Elf說。

在合理的時間范圍內(nèi)找到正確序列所需的非常高濃度的Cas9可能對科學(xué)家試圖交替的細(xì)胞造成嚴(yán)重問題。但是，由于現(xiàn)在已經(jīng)了解了搜索過程的性質(zhì)，因此找到了關(guān)于如何改進系統(tǒng)的重要線索。通過犧牲Cas9的一部分靈活性，有可能設(shè)計出足夠多樣化的基因剪刀來編輯各種基因但同時又足夠快以便在醫(yī)學(xué)上可用。

“結(jié)果為我們提供了如何實現(xiàn)這種解決方案的線索，”埃爾夫說。'關(guān)鍵在于所謂的“PAM序列”，它決定了Cas9打開DNA雙螺旋的位置和頻率。不需要多次打開螺旋以找到目標(biāo)的分子剪刀不僅速度更快，而且還可以降低副作用的風(fēng)險。“

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