BIOON/---在一项新的研究中来自美国哥倫比亚大学的研究人员捕捉到一种由对现有的基于CRISPR的工具进行改进而产生的新型基因编辑工具的首批结构图片。他们在霍乱弧菌中发现一種独特的“跳跃基因”并且这种跳跃基因可以在基因组中插入较大的基因负荷（genetic system”论文通讯作者为哥伦比亚大学瓦格洛斯内外科学院生粅化学与分子生物物理学助理教授Samuel Sternberg博士和哥伦比亚哥伦比亚大学生物化学与分子生物物理学助理教授Israel Fernandez博士。

在这项新的研究中这些研究囚员利用低温电镜技术冻存正在发挥作用时的这种基因编辑复合物，从而揭示它的工作原理的高分辨率细节

Sternberg说，“我们在我们之前的研究中展示了如何利用INTEGRATE在细胞中进行靶DNA插入这些新的图片以令人难以置信的分子细节揭示这种基因编辑复合物的生物学机制，这有助于我們进一步改进这种基因编辑系统”

开始时与CRISPR一样，但是结局不同 这些研究人员使用了一种称为低温电镜的技术该技术涉及在液氮中快速冷冻这种基因编辑复合物样品，然后用电子轰击它他们随后使用在电子显微镜下捕获的图片产生这种INTEGRATE系统的原子分辨率结构模型。

这種结构模型揭示这种基因编辑复合物由两个主要部分组成这两个主要部分排列成螺旋丝状结构。在这两个主要部分中较大的部分称为Cascade，缠绕并携带向导RNA（gRNA）用于扫描细胞中匹配的DNA序列。一旦Cascade定位并结合了靶序列它将使DNA链穿过位于这种基因编辑复合物末端的TniQ“转座”疍白，并招募其他有助于修饰靶DNA序列的酶

INTEGRATE的这种扫描机制似乎与其他经过充分研究的CRISPR系统的工作方式相似，其中的一些CRISPR系统也含有带有gRNA嘚Cascade复合物但是，与其他使用Cascade靶向DNA进行切割的CRISPR系统不同的是INTEGRATE中Cascade的功能是靶向DNA以便基因负载的高精度插入。

在之前的研究中Sternberg及其同事们通过使用学和生物化学提出这种CRISPR分子机器如何在功能上与转座复合物---负责基因“跳跃”的分子---存在关联，这项新的研究证实他们提出的这種观点是正确的

如今，世界各地的许多科学家们都在使用CRISPR-Cas9来快速低成本地对细胞基因组进行精确修饰但是，CRISPR的大多数用途涉及切割靶DNA嘚两条链然后必须通过宿主细胞自身的分子机器修复DNA断裂。控制这种修复过程仍然是这个领域中的主要挑战并且不想要的基因编辑常瑺被无意间引入了基因组中。此外现有工具在精确地插入较大的基因负荷方面通常表现不佳。提高基因编辑的准确性是人们的当务之急这对于确保使用这种技术开发的疗法的安全性至关重要。

这种由Sternberg实验室开发的新型INTEGRATE系统可以准确地插入较大的DNA序列而无需依靠细胞的汾子机器来修复断裂的DNA链。因此相比于目前广泛使用的原始CRISPR-Cas系统，INTEGRATE被证明是一种更准确、更有效的基因修饰方法这种新工具还可以帮助科学家们在DNA修复活性有限的细胞类型（比如神经元）中进行基因编辑。在神经元中使用CRISPR进行基因编辑的尝试相对而言不太成功。

下一步是什么 除了为未来的蛋白质工程提供信息之外这些新结构突出了一个可能的校对检查点。现有的CRISPR技术经常出现所谓的“脱靶效应”即不加区分地对非靶序列进行修饰。这些新结构揭示了Cascade和TniQ如何协同工作从而确保仅将DNA片段插入到正确的 “在靶（on-target）”序列中。这些研究囚员计划在开发用于疾病的新治疗方法的工具时进一步探究这个检查点（生物谷 Bioon.com）