俄羅斯科學(xué)院的研究人員成功地利用原核生物的免疫防御系統(tǒng)創(chuàng)造了一種創(chuàng)新的可編程工具，用于靶向核酸，而這不是CRISPR-Cas。他們重新設(shè)計(jì)了原核Argonautes（pAgos），使其能夠利用RNA引導(dǎo)序列定位核酸序列。這些系統(tǒng)經(jīng)過修改，與效應(yīng)核酸酶形成復(fù)合物。

研究人員采用了名為SPARDA（短型原核Argonaute，DNase和RNase相關(guān)）的兩組分系統(tǒng)，有效地識(shí)別DNA序列，并誘導(dǎo)了副作用核酸酶的活性。SPARDA和其他簡潔的pAgos系統(tǒng)可以編碼多樣的效應(yīng)器，具有為生物技術(shù)領(lǐng)域提供新型可編程工具的潛力。

研究文章《DNA-targeting short Argonautes complex with effector proteins for collateral nuclease activity and bacterial population immunity》已發(fā)表在《自然微生物學(xué)》上。

第二種原核生物防御系統(tǒng)

Argonautes是一類廣泛存在的蛋白質(zhì)，可以利用短引導(dǎo)寡核苷酸識(shí)別特定的核酸靶標(biāo)。最初在真核生物中發(fā)現(xiàn)Argonautes是因?yàn)樗鼈冊赗NA干擾中的關(guān)鍵作用。然而，進(jìn)一步的研究揭示了它們在原核生物中的廣泛存在。

類似于CRISPR-Cas，pAgos利用互補(bǔ)的引導(dǎo)和pAgo或Cas蛋白質(zhì)的核酸酶活性來識(shí)別和切割外來核酸。并非所有的pAgos都表現(xiàn)出核酸酶的酶活性。由于對(duì)大多數(shù)短pAgo系統(tǒng)的研究不足，目前對(duì)入侵DNA的區(qū)分機(jī)制以及效應(yīng)器結(jié)構(gòu)的多樣性了解不足。

SPARDA = 短pAgo蛋白質(zhì) + 效應(yīng)器核酸酶

瑪麗亞·普羅斯托娃（Maria Prostova）和安娜·卡涅夫斯卡婭（Anna Kanevskaya）作為共同的首席作者，與一個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)研究，以研究與潛在效應(yīng)核酸酶相關(guān)聯(lián)的短pAgos。通過系統(tǒng)發(fā)生分析，鑒定出兩個(gè)以前未探索的具有潛在效應(yīng)核酸酶的短pAgos。研究表明，pAgos可以與共編碼的效應(yīng)核酸酶形成異源二聚體復(fù)合物，被稱為SPARDA。與CRISPR-Cas類似，SPARDA可以被激活以切割副作用的單鏈DNA，雙鏈DNA，單鏈RNA和DNA-RNA底物。

在這項(xiàng)研究中，研究人員設(shè)計(jì)了一種技術(shù)，利用質(zhì)?；蚴删w激活SPARDA。這種激活導(dǎo)致細(xì)胞DNA的降解，隨后細(xì)胞的死亡或休眠。因此，研究人員能夠?yàn)樘囟ㄈ后w提供有針對(duì)性的保護(hù)，并擴(kuò)大了原核生物識(shí)別免疫系統(tǒng)的范圍。需要進(jìn)一步的研究來確定激活的SPARDA是否可以永久阻礙噬菌體的復(fù)制，還是僅延遲噬菌體的釋放。

此外，研究人員利用SPARDA通過熒光標(biāo)記法檢測單鏈DNA（ssDNA）靶標(biāo)，從而增強(qiáng)了現(xiàn)有的Cas12或Cas13技術(shù)。通過在檢測之前加入聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）步驟，可以提高檢測方法的靈敏度。

由于其生理溫度范圍廣泛，低背景活性和識(shí)別靶標(biāo)DNA特異性的能力，SPARDA可能在各種應(yīng)用中發(fā)揮作用，從體外核酸檢測到微生物組工程和治療中細(xì)菌或真核細(xì)胞的可編程去除。

參考文獻(xiàn)：https://www.nature.com/articles/s41564-024-01654-5

編輯：王洪

排版：李麗