在过去的六年里，一种叫做CRISPR-Cas9的工具改变了基因研究，让科学家可以在精确的位置切割和编辑DNA链，就像一把小剪刀一样。
但有时，完成这项工作需要的不仅仅是剪刀。现在，一个合作的国际团队推出了一种新的基于CRISPR的工具，它更像一个碎纸机，可以通过可编程定位消除人体细胞中的长链DNA。
他们在分子细胞中写道，他们描述了如何成功获得一种不同类型的CRISPR-Cas系统，称为I型CRISPR-Cas3，这是第一次在人类细胞中用作远程DNA编辑工具。
由此产生的工具提供了一种比当前Cas9工具更长的定位和删除DNA扩展的方法。这种能力可以用于基因研究，以了解疾病的基础，并可能治疗与长链脱氧核糖核酸相关的疾病。
负责这项研究的密歇根大学科学家闫章博士解释说，这种新工具使用的CRISPR系统不同于广泛使用的包含Cas9的CRISPR系统。两者都是从细菌中借来的，通常用来寻找和清除入侵的DNA。
不同类型的CRISPR
新工具使用的是I型CRISPR，它在细菌中比含有Cas9的II型变体更常见。I CRISPR从未在任何真核细胞中使用过，它用一种叫做Cascade的核糖蛋白复合物来寻找它的靶标，用一种叫做Cas3的酶来切碎DNA。
蛋白质优化和纯化的挑战性工作是在康奈尔大学教授艾龙克博士的实验室完成的，他是这篇论文的合著者。康奈尔大学研究生Adam Dolan和UM高级研究专家侯中刚博士是本文的第一作者。
本研究涉及张先生的长期研究。他研究了细菌CRISPR-Cas9，并开发了编辑人类细胞遗传物质的工具，而柯使用结构和生化方法研究I型CRISPR。
他们开始尝试将细菌CRISPR成分作为蛋白质转移到人类胚胎干细胞和另一个叫做HAP1的细胞中。通过CRISPR指南，该团队成功地将目标DNA从几百个碱基对删除到100千个碱基。
电动碎纸机
张级联-Cas3系统被称为“带马达的DNA研磨机”，因为它可以沿着DNA基因组移动一定的距离，并随着时间的推移分解遗传物质。
美国密歇根大学医学院生物化学助理教授张说：“Cas9是一种分子剪刀，只要你愿意，可以在任何地方剪一次。“但是Cas3可以到达你想要的地方，沿着染色体移动，并删除数万个碱基。这可以使其成为一个强大的筛查工具，以确定哪些大面积的DNA对特定疾病最重要。”
当科学家研究没有特定蛋白质编码的“非编码”长链DNA时，这可能特别有用；“碎纸机”技术允许他们拆除一系列长的延伸部分，看看会发生什么。
此外，Cas3在染色体上长距离传播的能力不能通过使用任何现有的Cas9技术来实现。因此，Cas3的“核酸酶死亡”版本可以沿着DNA传播，但缺乏片段化功能，这可能为远程表观基因组工程提供了一个强大的传输平台。
科学挑战
研究工作的一部分包括弄清楚如何让人类干细胞揭示是否有任何DNA被删除，因为大多数干细胞“报告”系列都用于涉及CRISPR-Cas9的研究，如果切碎活动不够敏感的话。低。莎拉豪登，博士.澳大利亚墨尔本大学致力于建立敏感的双报告细胞系。
该团队面临的另一个挑战是找出破碎机在完成合同后切碎了什么，使用下一代脱氧核糖核酸测序，并超越现有方法查看Cas9生成的编辑版本。
侯开发了基于转座酶的分析方法，UM生物化学、计算医学和生物信息学助理教授Peter Freddolino博士建立了定制的信息学管道来分析深度测序结果。
柯在论文中还指出，由于指导RNA序列需要告诉粉碎机往哪里走，比CRISPR-Cas9系统中使用的序列要长，并且由于目标搜索和降解是两个分离良好的步骤，因此该方法可能会得到更好的控制。在他们不想要的地方不可能做出错误的切割。
张推测，这种新工具及其衍生物可能用于治疗目的，尽管它将在未来几年内使用。
已经报道了一些基于CRISPR-Cas9的治疗用途，包括对受体基因进行有争议的编辑，使艾滋病毒能够进入据报道在中国出生的两个婴儿的胚胎细胞。然而，关于CRISPR-Cas9无意识编辑人类患者DNA的担忧也浮出水面。还需要做进一步的工作，看看“碎纸机”方法能否避免这个问题。
UM和康奈尔大学已经为这种新工具申请了联合专利。该研究得到了国家卫生研究院(GM128637、GM118174、GM102543和GM117268)和张医学院生物科学学者计划的支持。
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