近日,河北科技大学副教授韩春雨团队研发了一种基于NgAgo(Natronobacterium gregoryi Argonaute)蛋白的新型基因编辑技术,成果发表于《自然·生物技术》。该技术利用短链DNA作为向导,在人体细胞中实现精准基因组编辑,有望替代或补充当前主流的CRISPR-Cas9技术。
NgAgo-gDNA系统的工作原理:NgAgo是一种来自格氏嗜盐碱杆菌的Argonaute核酸内切酶,在5'端磷酸化的单链DNA(gDNA)引导下,可特异性切割靶DNA序列。与CRISPR-Cas9依赖RNA向导不同,NgAgo使用DNA向导,避免了RNA二级结构问题,且无需PAM序列,理论上可编辑基因组任意位置。
优势与突破:NgAgo-gDNA系统具有更高的精确性。其gDNA长度为24个碱基,比Cas9的gRNA(19个碱基)多5个碱基,理论上特异性提高1024倍。实验表明,gDNA与靶序列的错配容忍度极低,单个碱基错配即可显著降低切割效率,三个错配则完全失活,从而大幅降低脱靶效应。此外,NgAgo在富含GC序列的区域效率更高,且外源gDNA可精确控制时间和浓度,便于实验操作。
与CRISPR-Cas9的对比:Cas9仅存在于原核生物,需PAM序列,且gRNA易形成二级结构;而Argonaute在进化中保守,存在于几乎所有生物体中,不依赖特定向导RNA结构,且对靶序列无序列要求。这些特性使NgAgo在精准基因编辑领域具有显著优势。
研究背景与意义:韩春雨团队自2014年起探索Argonaute蛋白,从大量测序数据中筛选出能在37℃生理条件下工作的NgAgo,避免了高温限制。该成果打破了国外基因编辑技术的专利垄断,是我国首个“中国创造”的尖端生物技术。《自然》杂志执行主编尼克·坎贝尔评论称,该技术虽处初期,但相比CRISPR-Cas9具有多种优势,尤其在精准编辑方面。北京大学饶毅教授评价其为“国际一流的技术推进”。
团队与条件:韩春雨实验室位于河北科技大学,条件简陋,离心机为“飞鸽”牌,但团队凭借对科学的热爱和坚持,在仅有30多万元科研经费的情况下完成研究。实验室现有三名硕士生,第一作者高峰毕业后留实验室继续工作。韩春雨强调,科研工作者最重要的品质是对科学的热爱,而非资源多寡。
未来展望:NgAgo-gDNA系统为基因编辑提供了新工具,但需进一步探索其特性。韩春雨与合作者浙江大学沈啸研究员正加紧研究,以应对国际竞争。该技术有望在基因治疗、农业育种等领域发挥重要作用。