CRISPR-Cas基因組編輯技術(shù)在基因治療、農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)性狀改良及基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域均有多樣化的應(yīng)用，引領(lǐng)生物技術(shù)與應(yīng)用的快速發(fā)展。自然界中廣泛存在的天然CRISPR-Cas系統(tǒng)為新型基因編輯工具研發(fā)提供了豐富資源。然而，自然界微生物中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)Cas工具蛋白在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的編輯效率較低，這限制了它們的應(yīng)用，尤其是在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。

　　中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所建立了一種蛋白質(zhì)工程化改造的新方法（Improving Editing Activity by Synergistic Engineering，簡(jiǎn)稱MIDAS），并利用該方法獲得了高活性的Cas12i^Max以及高特異性的Cas12i^HiFi等基因編輯新工具。

　　研究發(fā)現(xiàn)，MIDAS方法能夠顯著提高來自不同CRISPR家族的Cas核酸酶，如Cas12i、Cas12b及CasX等CRISPR系統(tǒng)的基因編輯效率。其中，Cas12i由于較小的蛋白質(zhì)尺寸、簡(jiǎn)單的crRNA及PAM，具有較好的應(yīng)用潛力。通過MIDAS方法改造的Cas12i具有以下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：Cas12i^Max編輯效率非常高，相較于目前廣泛使用CRISPR基因編輯工具（AsCas12a、BhCas12b v4、SpCas9、SaCas9及SaCas9-KKH），展現(xiàn)了更高的平均基因編輯效率；Cas12i^Max具有廣泛的基因組靶向范圍，能夠高效地識(shí)別NTNN、NNTN、NAAN及NCAN等PAM序列，可識(shí)別PAM覆蓋了70%的人基因組；在Cas12i^Max的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改造獲得了新的突變體Cas12i^HiFi，Cas12i^HiFi在全基因組范圍內(nèi)展現(xiàn)了的極高的特異性和極低的脫靶效應(yīng)，同時(shí)保留Cas12i^Max 90%的On-target基因編輯活性。

　　MIDAS方法有望在多種CRISPR系統(tǒng)的基因編輯工具化改造中發(fā)揮作用。該研究改造的新型Cas12i基因編輯工具在動(dòng)物模型制備、作物育種、醫(yī)學(xué)核酸檢測(cè)、基因治療等領(lǐng)域頗具應(yīng)用前景。

　　5月26日，相關(guān)研究成果發(fā)表在The Innovation上。該工作由動(dòng)物研究所和北京干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究院完成。動(dòng)物所研究員周琪和李偉為論文的通訊作者，博士生陳陽燦、胡艷萍、王鑫閣為共同第一作者。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和中科院基礎(chǔ)研究青年團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的支持。

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開發(fā)新型蛋白質(zhì)工程化改造的方法，獲得高效基因組編輯工具Cas12i