张锋实验室揭秘CRISPR基因编辑新突破：从AI筛选到桥RNA创新
张锋实验室揭秘CRISPR基因编辑新突破：从AI筛选到桥RNA创新
2024年，CRISPR基因编辑领域迎来重大突破。由麻省理工学院和哈佛大学合作成立的实验室，在CRISPR先驱张锋博士的带领下，开发出基于AI的FLSHclust算法，成功从数十亿个基因序列中筛选出188种新的CRISPR系统。这一发现不仅丰富了CRISPR工具箱，更为未来基因编辑技术的发展开辟了新的可能性。
AI助力发现新型CRISPR系统
面对庞大的基因序列数据库，如何高效筛选出有价值的CRISPR系统成为科研人员面临的一大挑战。张锋团队开发的FLSHclust算法，通过分析开源数据库中的基因组数据，成功将搜索范围缩小至与已知CRISPR系统相似的数种序列。
该算法扫描了来自细菌和古菌的数十万个基因组，以及数百万个未知DNA序列，最终将数十亿个蛋白质编码基因分组成约5亿个聚类簇。在这些聚类簇中，研究团队发现了188个尚未与CRISPR建立关联的基因，这些基因可以构成数千个新的CRISPR系统。
其中一些新系统展现出令人瞩目的特性。例如，某些变体能够更精确地锁定目标基因进行编辑，且副作用更少。另一些变体则有助于揭示现有CRISPR系统的运作机制，为优化技术提供了新的参考。
桥RNA：第三代可编程RNA引导工具
在张锋实验室的另一项突破性研究中，其学生Patrick Hsu团队在Nature发表论文，首次提出“桥RNA”概念。这种新型可编程RNA引导系统，通过单一且紧凑的RNA引导重组酶，直接实现DNA重组，无需额外的效应蛋白。
桥RNA的独特之处在于其双特异性识别机制。它通过内部结合环与同源DNA结合伴侣的两条链进行交错区域的碱基配对，这种机制与传统RNA引导系统的单链碱基配对方式截然不同。这种设计使得桥RNA能够在不依赖额外效应蛋白的情况下，直接实现DNA的插入、切除和倒置等重排操作。
从实验室到临床：CRISPR技术的应用突破
心脏病治疗新希望
在心脏病治疗领域，上海交通大学研究团队利用高精度RNA核酸酶CRISPR-Cas13d，成功实现了对肥厚型心肌病的等位基因特异性抑制。研究发现，通过合理进化产生的高精度Cas13d变体（hpCas13d），能够精确切割致病性转录本，同时保留野生型转录本，为遗传性心脏病的治疗开辟了新的途径。
口服CRISPR药物防治细菌感染
在细菌感染治疗方面，Locus Biosciences正在开发一种针对尿路感染的CRISPR-Cas3疗法。该疗法结合噬菌体和CRISPR-Cas3系统，精准攻击引发感染的大肠杆菌菌株。初步试验结果显示，该疗法安全且耐受性良好，目前正在进行2/3期临床试验。
未来展望
尽管CRISPR技术在医疗领域的应用前景广阔，但仍面临一些挑战。例如，如何提高基因编辑的精确度和安全性，如何实现更高效的体内递送，以及如何解决潜在的伦理问题等。随着研究的深入和技术的进步，这些问题有望逐步得到解决。
张锋实验室的最新突破，不仅展示了CRISPR技术的无限潜力，更为未来医疗行业的发展指明了方向。从遗传性疾病的治疗到感染性疾病的防治，CRISPR技术正在逐步改变我们应对疾病的方式。随着更多创新性研究的开展，我们有理由相信，基因编辑技术将在不久的将来为人类健康带来革命性的突破。