摘要：今天在《科学》杂志上描述1，该方法可以为基因校正疗法铺平道路，这种疗法只需一次给药，并且无论导致个体疾病的特定突变如何，它都有效。它还可以加速癌症工程细胞疗法的开发，并简化研究遗传模型的创建。
实验室中的“定向”进化创造了一种优于经典 CRISPR 系统的编辑工具。
一种创新的基因组编辑工具有望完成原始 CRISPR 系统难以实现的工作：将整个基因精确有效地插入人类 DNA 中。
今天在《科学》杂志上描述1，该方法可以为基因校正疗法铺平道路，这种疗法只需一次给药，并且无论导致个体疾病的特定突变如何，它都有效。它还可以加速癌症工程细胞疗法的开发，并简化研究遗传模型的创建。
“它真的可能是未来的重要组成部分，”该研究的合著者、马萨诸塞州剑桥市布罗德研究所的化学生物学家大卫·刘说。
NEWS15 May 2025‘Directed’ evolution in the laboratory creates an editing tool that outperforms classic CRISPR systems.
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Elie DolginTwitterFacebookEmail一个可以将整个基因添加到基因组中的系统使用称为转座酶的酶（黄色、蓝色、紫色;艺术家的印象）来改变 DNA（红色、绿色）。 图片来源：Laguna Design/Science Photo Library
最常用的基因递送方法之一依赖于工程病毒将遗传物质片段插入细胞的基因组中。尽管有效，但这些病毒往往随机插入其有效载荷，冒着有害破坏或基因表达控制不佳的风险。
CRISPR 提供比病毒载体更多的控制，但通常需要切割 DNA（增加不需要的突变和不完全修复的机会）或为每个突变设计自定义模板，从而限制其可扩展性。
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新系统通过一步将全长基因引入目标位点来规避这两个问题，而无需切割 DNA 或需要定制设计。该方法由纽约市哥伦比亚大学的 Liu 生物化学家 Samuel Sternberg 及其同事开发，使用一种称为 CRISPR 相关转座酶 （CAST） 的细菌酶复合物。
转座酶是推动“跳跃基因”运动的酶，“跳跃基因”是“自私”的 DNA 片段，它们在基因组中跳跃以自我繁殖。研究人员已经重新利用 CAST 系统来洗牌细菌细胞中的大块遗传物质。但在人类和其他哺乳动物细胞中，所有先前报道的 CAST 版本都与低效率作斗争。
为了克服这些障碍，Liu 和 Sternberg 转向定向进化，这是一种在实验室中利用达尔文选择的力量的技术。他们将编码 CAST 系统组成部分的关键基因放入噬菌体中，噬菌体是一种感染细菌的病毒。他们的设置确保了具有最有效 CAST 版本的病毒（那些能够快速准确地将 DNA 整合到基因组中的病毒）能够生长得最好。
然后，他们让进化顺其自然。
经过数百代病毒和一些 CAST 成分的合理工程改造，研究人员生产出了酶复合物的优化版本。这有 5 种蛋白质的 21 个微小变化，有助于 CAST 结构——这一成就突破了蛋白质设计的极限，日本若港 RIKEN 的生物工程师 Makoto Saito 指出。“这是疯狂的定向进化！”
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由此产生的复合物称为 evoCAST，在多个基因组位点的插入效率高达 30%，比未进化的原始基因提高了 400 倍以上。
在实验室测试中，evoCAST 成功整合了 10,000 多个核苷酸的片段，这些片段足够长，可以递送整个基因及其控制元件。它适用于多种人类细胞类型，靶向可以在不破坏细胞功能的情况下容纳新 DNA 的基因组“安全港”位点，并在多个疾病相关基因的自然位置安装遗传有效载荷。
值得注意的是，evoCAST 在单个酶促步骤中递送其遗传货物，而不会在基因组中产生双链断裂。
来源：当代生命哲学家一点号