在基因科学领域，CRISPR-Cas系统的发现无疑是一次划时代的革命。作为原核生物的一种自适应免疫系统，它能够精准地识别并切割外来的病毒DNA，阻止病毒感染。随着科学家对这一系统的深入研究，CRISPR技术已经成为了基因编辑领域的一把利剑，使得基因敲除、基因插入、基因修饰以及核酸检测成为可能。然而，正当CRISPR技术被寄予厚望时，一个不容忽视的问题出现了——由于传统的CRISPR-Cas效应器体积过大，使其在实际生物体中的递送面临极大挑战。

近日，新加坡国立大学胡纯一团队在《中国科学：生命科学（英文）》杂志发表综述文章，深入探讨了如何通过OMEGA系统和对现有CRISPR-Cas系统的工程化改造，来发展小型化的基因编辑器，以突破当前技术的局限性。文章指出，通过这两种策略，不仅可以有效缩小基因编辑器的体积，还能保持甚至提升其编辑效率，为基因治疗领域带来新的希望。

该文详细介绍了各种OMEGA系统和众多不同类型的CRISPR-Cas系统的工作原理及其在“微观战场”中的作用：如何从一种自然存在的防御机制转变为能够进行高精度基因操作的强大工具。通过对CRISPR-Cas系统不同类型和子类的分析，文章强调了类型II（CRISPR-Cas9）和类型V（CRISPR-Cas12）在基因操作中的重要地位及其应用潜力。

解码作用机制：OMEGA系统与CRISPR-Cas系统

OMEGA系统中，以IscB为例，通过识别靶向邻近基序（TAM）来引入其向导RNA适应中的独特元素。与此同时，TnpB采用类似机制，展现了OMEGA系统此方面的一致性。与之形成鲜明对比的是，CRISPR-Cas系统通过识别原位子邻近基序（PAM）来区别自身，PAM是从噬菌体或外来DNA元素中起源的识别基序。这展示了向导RNA适应策略中的一个有趣变化，凸显了OMEGA系统和CRISPR-Cas系统在各自的遗传机制中采用的不同方法。

针对CRISPR-Cas系统在体内递送中遇到的体积限制问题，文章分析了目前科学界在解决递送难题上的种种尝试，包括将CRISPR系统分割并通过不同的载体递送。尽管这些尝试在一定程度上取得了进展，但效率和准确性仍有待提高。因此，科学家着眼于发展更为紧凑的基因编辑器，这不仅是基因编辑技术发展的必然趋势，也是未来基因治疗实现广泛应用的关键。

文章强调，通过OMEGA系统和CRISPR-Cas系统的工程化改造，开发出的小型化基因编辑器将大大提升基因编辑技术在临床治疗中的适用性和灵活性。这些迷你版基因编辑器不仅可以更容易地进入细胞核内，还能在不增加免疫反应风险的前提下，实现对特定基因的精准修改。此外，小型化基因编辑器的开发还将使得多重基因编辑成为可能，为复杂疾病的治疗提供了新的策略。未来的研究应当集中在如何进一步优化这些小型化基因编辑器的设计，以及如何将这些工具应用于更广泛的基因治疗领域。

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CRISPR beyond: harnessing compact RNA-guided endonucleases for enhanced genome editing. SCIENCE CHINA Life Sciences. DOI:10.1007/s11427-023-2566-8

来源: 《中国科学》杂志社