基因组编辑新成员：NgAgo–gDNA

当CRISPR/Cas9正在医学、动物及植物基因组编辑大显身手的时候，一种新的基因编辑技术悄然登场。它同样能够广泛应用于生物技术的各个领域，并瞬间成为了大家关注的焦点。

2016年5月2日，河北科技大学生物科学与工程学院韩春雨实验室在《自然生物技术》（nature biotechnology）上发布了其最新研究成果，研究人员从嗜盐嗜碱杆菌中发现一种新的基因组编辑蛋白（NgAgo），从而建立了一种基因编辑系统（NgAgo–gDNA）。与热门的基因编辑工具CRISPR/Cas9相比，NgAgo–gDNA系统有其独有的特点。

1）切割蛋白体积更小。NgAgo蛋白属于Argonautes核酸内切酶家族，由887个氨基酸构成，与含有1368个氨基酸的Cas9蛋白相比，只有其2/3大小。在实验操作上，更加简便。

2）定位方式不同。蛋白NgAgo依靠5’磷酸化单链DNA（5’-p-ssDNA）进行定位，从而实现对目标DNA序列的切割。而Cas9蛋白则是依靠gRNA进行定位。与gRNA相比， ssDNA在结构上更为简单，合成也较为方便，用量控制上也要更加容易。此外，5’-p-ssDNA在哺乳动物细胞中几乎不存在， NgAgo–gDNA系统在细胞中的工作不会受到干扰。

3）编辑范围更广：相较于CRISPR/Cas9，让人眼前一亮的是，NgAgo-gDNA系统定位时不受限于PAM（protospacer-adjacent motif）位点，从而实现了在更大范围的基因组中选取编辑目标。

4）脱靶效率低。NgAgo–gDNA 遵循“one-guide-faithful”原则，即当NgAgo蛋白与guide DNA（5’-p-ssDNA）形成非常稳定的复合体后，在37℃的细胞培养条件下，NgAgo蛋白绝不会与之前结合的5’-p-ssDNA“分手”另觅新欢。另外实验显示，5’-p-ssDNA序列单碱基突变即会使编辑效率降低73%-100%。尤其是P8-P11位置的上的碱基突变更会使编辑效率降低85%-100%。5’-p-ssDNA序列上任意3个连续碱基的改变都会导致NgAgo蛋白失去结合目标DNA序列的能力。因此，其脱靶的概率非常低。

5）切割效率更高：NgAgo在富含GC碱基的位点的切割效率比Cas9更高。因为Cas9系统中的gRNA在高GC含量时比gDNA更易形成二级结构，影响编辑蛋白与目标DNA的结合，导致切割效率降低。

当然，类似的Argonautes蛋白并不是首次发现，Swarts等（2014）早已从嗜热细菌中发现了类似的蛋白（TtAgo），但是TtAgo反应需要的温度要高于65℃，在实际应用中，受到诸多限制。而韩春雨实验室在其基础上发现的这种新型NgAgo能在动物细胞（37℃）中成功运用，具备更高的科研和应用价值。尤其是在人类一些遗传性疾病的基因治疗方面、植物和动物基因的精准改造方面，或许会开辟新的道路。

注：原文发表在2016年5月2日的《自然生物技术》（Nature Biotechnology）杂志上，题目为《DNA-guided genome editing using the Natronobacterium greroryi Argonaute》

作者：王萍，女，1986年出生，2011年毕业于华中农业大学，硕士研究生。现工作于中国种子集团有限公司生命科学技术中心，从事植物组织培养相关工作。