产业技术综合研究所(AIST)
小型基因组编辑工具的起点不是酶的性能,而是结构
大型编辑酶难以送入细胞,海外专利也构成壁垒。在这种情况下,日本产业技术综合研究所(AIST)等机构的团队没有从酶的序列入手,而是根据三维结构寻找候选酶。约600个氨基酸组成的小型酶在人体培养细胞中显示出约60%的编辑效率,并已被证实也可用于植物。如果递送和安全性得到进一步确认,国内育种和治疗开发的选择可能会扩大。
基因组编辑是一种切割DNA的特定位置,并利用细胞自身的修复机制破坏基因或改变序列的技术。切割位置由引导RNA指定。但像广泛使用的CRISPR-Cas9这样的大型DNA切割蛋白质很难送入细胞。在植物中,它们还存在无法在较低的生长温度下充分发挥作用的问题。要在日本进行商业应用,还需要就源自海外的基础专利进行许可谈判和权利处理。
障碍不只是大小,也包括权利
日本产业技术综合研究所(AIST)、TOPPAN控股和Implant Innovation的团队开发了源自植物致病细菌Agrobacterium salinitolerans的DNA切割蛋白质AsaTnpB-L。它由约600个氨基酸组成,不到SpCas9的1368个氨基酸的一半。它由一个DNA切割蛋白质分子和一个引导RNA分子协同工作。
关键在于,他们不是根据已知序列,而是从结构入手寻找候选对象。团队将植物致病细菌中功能未知的基因转化为预测的三维结构,筛选出形状类似于已知DNA切割蛋白质的候选对象。这不仅避开了已知序列之间围绕集中专利展开的竞争,也是建立可在日本国内使用的编辑基础的起点。
观察形状,改进性能
AsaTnpB-L能够识别5’-TTCAT-3’这一邻接序列(TAM序列),并按照引导RNA切割DNA。团队以三维结构为线索,改变了蛋白质与引导RNA接触位置的氨基酸。结果,在人体培养细胞中获得了约60%的编辑效率。他们还将其识别的TAM序列改为5’-TBAT-3’。B代表T、C和G。
Implant Innovation证实了该工具也可用于植物。该技术已在日本申请专利,其中一部分已登记为第7821459号专利。据发布方称,改良型工具是为避免侵犯日本国内现有的他人专利而自主设计、开发的。


扩大可递送范围的条件
如果递送能力和安全性得到确立,并能够大规模使用,那么开发抗病作物或适应当地条件的品种时,可选择的方案可能会增加。即使是在体外编辑细胞并用于治疗,设备大小对治疗设计的限制程度也可能降低。如果可在日本国内使用的专利以及标准试剂、设计方法得到完善,大学和中小企业也会更容易参与育种和生物制造。
不过,仍需确认脱靶作用,即切割目标之外DNA的作用,以及针对不同目标细胞和植物物种的递送能力、长期安全性。TAM和PAM的限制也依然存在。在保持高效率的同时能否确认这些问题,将成为实现实际应用的条件。