CRISPR系统又更新啦！Science最新论文：新算法助力张锋一次性发现188种类型

导读

11月23日，张锋在Science杂志发表最新研究，这一次他携手188种新型CRISPR系统“杀”了回来。

张锋对这次CRISPR系统的更新非常满意，“我们对CRISPR系统的多样性感到惊讶……做这样的分析可以让我们一箭双雕：既学习生物学，也有可能找到有用的东西。”

龙燕婷 | 撰文

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新算法寻找自然界中的新CRISPR系统

11月23日，麻省理工学院生物化学家张锋团队与合作者在Science杂志上发表一项重磅研究论文，题为：Uncovering the functional diversity of rare CRISPR-Cas systems with deep terascale clustering。

论文主要涉及一种新算法：快速局部敏感哈希聚类算法（FLSHclust），对三个主要的公共数据库进行挖掘，这些数据库包含各种不同寻常的细菌的数据（包括在煤矿、啤酒厂、南极湖泊和狗唾液中发现的细菌），从中识别出了188种新型CRISPR系统。

CRISPR系统是一种原核生物的免疫系统。单细胞细菌和古细菌利用它来防御噬菌体病毒。这个系统包含两部分核心组件，一部分是“向导RNA”分子，它能识别并结合外源遗传物质（如病毒的DNA或RNA）；另一部分是酶，这些酶能在“向导RNA”的引导下切割或干扰外源遗传物质，从而起到免疫防御的作用。

简单来说就是， 细菌利用CRISPR系统可以不动声色地把病毒基因从自己的基因组上切除。CRISPR/Cas9正是基于CRISPR系统的功用成为了一项极富效能的基因编辑工具。

而在这项研究中，张锋与合作者开发的FLSHclust这种算法，专门用来寻找自然界中的CRISPR系统。通过对公共数据库进行挖掘，它们包含了数十万个基因组，数亿个尚未与特定物种相关联的序列，以及数十亿个编码蛋白质的基因。

FLSHclust寻找基因序列之间的相似性，将其分组到约5亿个集群中，来寻找与CRISPR相关的基因。

基于该算法，研究人员发现了约130000个与CRISPR相关的基因，其中188个是以前从未见过的。

在这些新基因中，有一个完全未知的靶向RNA的CRISPR系统的代码，研究者将其命名为VII型。马里兰州贝塞斯达国家生物技术信息中心尤金·库宁（Eugene Koonin）表示，寻找新的CRISPR系统变得越来越艰难，“VII型和其他尚未被确定的类型在自然界中肯定是极其罕见的，要找到下一种类型，可能需要付出巨大的努力。”

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CRISPR新系统将会带来哪些意义？

目前，CRISPR/Cas9技术正在不断革新基因组编辑领域。它能够实现高度灵活性和特异性靶向性，可进行修饰和重定向，成为了干细胞工程、基因治疗、组织和动物疾病模型以及设计抗病转基因植物等广泛应用中的强大基因组编辑工具。

麻省理工学院教授、博德研究所研究员张锋

CRISPR/Cas9被归类为CRISPR系统中的II型。实际上，这只是其中的一种类型——目前研究人员已经确定了六种类型的CRISPR系统，命名为I-VI型，它们有不同的特性，包括它们使用的酶的类型以及如何识别、结合和切割RNA或DNA。

而此次新发现的CRISPR类型的特征可以用于其他应用，并有可能改编成最新的基因组编辑工具。

新西兰达尼丁奥塔哥大学生物化学家克里斯·布朗（Chris Brown）认为，这种算法本身是一个重大进展，研究人员可以用它来寻找不同物种中的其他类型的蛋白质，他表示“我非常敬佩他们能做到这一点”。

“这是生物化学家的宝库。”对于新发现的VII型CRISPR系统，德国马尔堡大学的微生物学家伦纳特·兰道（Lennart Randau）提到，“下一步将是研究这些酶和系统是如何工作的，以及它们如何被改造用于生物工程。某些CRISPR蛋白质会随机切割DNA，对生物工程毫无用处，但它们在检测DNA或RNA序列方面非常精确，可能会成为很好的诊断或研究工具。”

可以说，CRISPR新类型的发现，对基因工程来说意义重大。

参考文献

1.‘Treasure trove’ of new CRISPR systems holds promise for genome editing.《nature》

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