从蜗牛到藻类再到阿米巴原虫，多种物种都会产生称为Fanzors的可编程DNA切割酶，麻省理工学院麦戈文脑研究所科学家的一项新研究已经识别出数千种此类酶。Fanzors是RNA引导的酶，可以通过编程在特定位点切割DNA，就像为广泛使用的基因编辑系统CRISPR提供动力的细菌酶一样。9月27日《科学进展》杂志报道了新近认识到的天然Fanzor酶的多样性，为科学家提供了一套广泛的可编程酶，可以将其改编成新的研究或医学工具。

与麦戈文研究员乔纳森·古腾伯格一起领导这项研究的麦戈文研究员奥马尔·阿布达耶(OmarAbudayyeh)表示：“RNA引导的生物学可以让你制造出真正易于使用的可编程工具。因此，我们能找到的越多越好。”

CRISPR是一种古老的细菌防御系统，它清楚地表明了RNA引导酶在适合实验室使用时的用途。麻省理工学院教授兼麦戈文研究员FengZhang、Abudayyeh、Gootenberg等人开发的基于CRISPR的基因组编辑工具改变了科学家修改DNA的方式，加速了研究并促进了许多实验性基因疗法的开发。

此后，研究人员在细菌世界中发现了其他RNA引导酶，其中许多酶具有使其在实验室中有价值的特性。张的团队今年早些时候报道了Fanzors的发现，它能够以RNA引导的方式切割DNA，这开辟了RNA引导生物学的新领域。Fanzors是在真核生物中发现的第一个此类酶。真核生物是一类广泛的生命形式，包括植物、动物和真菌，由保存每个细胞遗传物质的膜结合核定义。(缺乏细胞核的细菌属于原核生物。)

“长期以来，人们一直在原核系统中寻找有趣的工具，我认为这取得了令人难以置信的成果，”古腾伯格说。“真核系统实际上是一个全新的工作场所。”

Abudayyeh和Gootenberg说，一个希望是，在真核生物中自然进化的酶可能更适合在包括人类在内的其他真核生物的细胞中安全有效地发挥作用。张的团队已经证明Fanzor酶可以被设计为精确切割人类细胞中的特定DNA序列。在新研究中，Abudayyeh和Gootenberg发现，一些Fanzor即使没有优化也可以靶向人类细胞中的DNA序列。“它们在哺乳动物细胞中非常有效地发挥作用，这一事实真是太棒了，”古腾伯格说。

在本次研究之前，已在真核生物中发现了数百种Fanzors。通过由实验室成员JustinLim领导的对遗传数据库的广泛搜索，Gootenberg和Abudayyeh的团队现已将这些酶的已知多样性扩大了一个数量级。

在该团队在真核生物和感染真核生物的病毒中发现的3,600多个Fanzors中，研究人员能够识别出5个不同的酶家族。通过比较这些酶的精确组成，他们发现了漫长进化历史的证据。

Fanzors很可能是从称为TnpB的RNA引导DNA切割细菌酶进化而来的。事实上，正是Fanzors与这些细菌酶的遗传相似性首先引起了张的团队以及Gootenberg和Abudayyeh团队的注意。

古腾伯格和阿布达耶追踪的进化联系表明，范佐尔的这些细菌前身可能不止一次进入真核细胞，启动它们的进化。有些可能是由病毒传播的，而另一些可能是由共生细菌引入的。研究还表明，这些酶被真核生物吸收后，进化出了适合新环境的特征，例如允许它们进入细胞核的信号，在那里它们可以接触到DNA。

通过生物工程研究生KaiyiJiang领导的基因和生化实验，研究小组确定Fanzors已经进化出一个不同于其细菌前身的DNA切割活性位点。这似乎使得酶能够更精确地切割其目标序列——TnpB的祖先，当靶向试管中的DNA序列时，被激活并切割试管中的其他序列;Fanzors缺乏这种混杂的活动。当他们使用RNA向导引导酶切割人类细胞基因组中的特定位点时，他们发现某些Fanzor能够以大约10%至20%的效率切割这些目标序列。

通过进一步的研究，Abudayyeh和Gootenberg希望Fanzors能够开发出各种复杂的基因组编辑工具。“这是一个新平台，他们有很多功能，”古腾伯格说。

Abudayyeh补充道：“向这些类型的RNA引导系统开放整个真核世界将为我们带来很多工作要做。”

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