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在一项新的研讨中，来自美国哥伦比亚大学的研讨人员捕捉到一种由对现有的根据CRISPR的东西进行改然后发生的新式基因修改东西的第一批结构图片。他们在霍乱弧菌中发现一种共同的“跳动基因”而且这种跳动基因可以在基因组中刺进较大的基因负荷（genetic payload，即DNA序列）而不引进DNA开裂，根据此，他们开宣布这种称为INTEGRATE的新式基因修改东西。相关研讨结果近期宣布在Nature期刊上，论文标题为“Structural basis of DNA targeting by a transposon-encoded CRISPR–Cas system”。论文通讯作者为哥伦比亚大学瓦格洛斯表里科学院生物化学与分子生物物理学助理教授Samuel Sternberg博士和哥伦比亚哥伦比亚大学生物化学与分子生物物理学助理教授Israel Fernandez博士。
INTEGRATE复合物的结构显现Cascade(深蓝色)、TniQ(淡蓝色)和导游RNA(赤色)，图片来源于Sternberg and Fernández Labs at Columbia University Irving Medical Center。
在这项新的研讨中，这些研讨人员运用低温电镜技能冻存正在发挥作用时的这种基因修改复合物，然后提醒它的作业原理的高分辨率细节。
Sternberg说，“咱们在咱们之前的研讨中展现了怎么运用INTEGRATE在细菌细胞中进行靶DNA刺进。这些新的图片以令人难以置信的分子细节提醒这种基因修改复合物的生物学机制，这有助于咱们进一步改善这种基因修改体系。”
开始时与CRISPR相同，可是结局不同
这些研讨人员运用了一种称为低温电镜的技能，该技能触及在液氮中快速冷冻这种基因修改复合物样品，然后用电子炮击它。他们随后运用在电子显微镜下捕获的图片发生这种INTEGRATE体系的原子分辨率结构模型。
这种结构模型提醒这种基因修改复合物由两个首要部分所组成，这两个首要部分排列成螺旋丝状结构。在这两个首要部分中，较大的部分称为Cascade，环绕并带着导游RNA（gRNA），用于扫描细胞中匹配的DNA序列。一旦Cascade定位并结合了靶序列，它将使DNA链穿过坐落这种基因修改复合物结尾的TniQ“转座”蛋白，并招募其他有助于润饰靶DNA序列的酶。
INTEGRATE的这种扫描机制好像与其他经过充沛研讨的CRISPR体系的作业方式类似，其间的一些CRISPR体系也含有带有gRNA的Cascade复合物。可是，与其他运用Cascade靶向DNA进行切开的CRISPR体系不同的是，INTEGRATE中Cascade的功用是靶向DNA以便基因负载的高精度刺进。
在之前的研讨中，Sternberg及其搭档们经过运用遗传学和生物化学提出这种CRISPR分子机器怎么在功用上与转座复合物---担任基因“跳动”的分子---存在相关，这项新的研讨证明他们提出的这种观念是正确的。
为何重要？
现在，世界各地的许多科学家们都在运用CRISPR-Cas9来快速低成本地对细胞基因组进行精确润饰。可是，CRISPR的大多数用处触及切开靶DNA的两条链，然后有必要经过宿主细胞本身的分子机器修正DNA开裂。操控这种修正过程仍然是这个领域中的首要应战，而且不想要的基因修改常常被无意间引进了基因组中。此外，现有东西在精确地刺进较大的基因负荷方面一般体现欠安。进步基因修改的精确性是人们的燃眉之急，这关于保证运用这种技能开发的疗法的安全性至关重要。
这种由Sternberg实验室开发的新式INTEGRATE体系可以精确地刺进较大的DNA序列，而无需依托细胞的分子机器来修正开裂的DNA链。因而，比较于现在广泛运用的原始CRISPR-Cas体系，INTEGRATE被证明是一种更精确、更有用的基因润饰办法。这种新东西还可以在必定程度上协助科学家们在DNA修正活性有限的细胞类型（比方神经元）中进行基因修改。在神经元中，运用CRISPR进行基因修改的测验相对而言不太成功。
下一步是什么
除了为未来的蛋白质工程供给信息之外，这些新结构突出了一个或许的校正检查点。现有的CRISPR技能常常会呈现所谓的“脱靶效应”，即不加区分地对非靶序列进行润饰。这些新结构提醒了Cascade和TniQ怎么协同作业，然后保证仅将DNA片段刺进到正确的 “在靶（on-target）”序列中。这些研讨人员计划在开发用于疾病的新医治办法的东西时进一步探求这个检查点。
参考文献：
1.Tyler S. Halpin-Healy et al. Structural basis of DNA targeting by a transposon-encoded CRISPR–Cas system. Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1849-0.
2.First images of an 'upgraded' CRISPR tool
https://phys.org/news/2019-12-images-crispr-tool.html
