周琪/李伟团队通过蛋白质工程化改造设计Cas12i基因编辑新工具

CRISPR-Cas 基因组编辑技术在基因治疗、农作物经济性状改良以及基础研究等领域都有多样化的应用，引领生物技术与应用的快速发展。自然界中广泛存在的天然 CRISPR-Cas 系统为新型基因编辑工具研发提供了丰富资源。然而，自然界微生物中发现的大多数 Cas 工具蛋白在哺乳动物细胞中的编辑效率很低，这大大限制了它们的应用，尤其是在生物医学方面的应用。

近日，中国科学院动物研究所周琪院士、李伟研究员作为共同通讯作者，在 The Innovation 期刊发表了题为：Synergistic engineering of CRISPR-Cas nucleases enables robust mammalian genome editing 的研究论文。

研究团队建立了一种蛋白质工程化改造新方法（Improving Editing Activity by Synergistic Engineering，简称MIDAS），并利用该方法获得了高活性的 Cas12i Max 以及高特异性的 Cas12i HiFi 等基因编辑新工具。

研究发现，通过 MIDAS 方法能够显著提高来自不同 CRISPR 家族的 Cas 核酸酶，例如 Cas12i、Cas12b 以及 CasX 等 CRISPR 系统的基因编辑效率。其中 Cas12i 由于其较小的蛋白质尺寸、简单的 crRNA 以及 PAM，具有较好的应用潜力。通过 MIDAS 方法改造的 Cas12i 具有以下优势和特点：

1）Cas12i Max 编辑效率非常高，相较于目前广泛使用 CRISPR 基因编辑工具（AsCas12a，BhCas12b v4，SpCas9，SaCas9以及SaCas9-KKH），展现了更高的平均基因编辑效率。

2）Cas12i Max 具有非常广泛的基因组靶向范围，能够高效地识别 NTNN、NNTN、NAAN 以及 NCAN 等 PAM 序列，可识别 PAM 覆盖了70%的人基因组。

3）在 Cas12i Max 的基础上进一步改造获得了新的突变体 Cas12i HiFi。Cas12iHiFi 在全基因组范围内展现了的极高的特异性和极低的脱靶效应，同时保留 Cas12i Max 90% 的 On-target 基因编辑活性。

开发新型蛋白质工程化改造方法，获得高效基因组编辑工具Cas12i

MIDAS 方法有望在多种 CRISPR 系统的基因编辑工具化改造中发挥作用，其中该研究所改造的新型 Cas12i 基因编辑工具在动物模型制备、作物育种、医学核酸检测、基因治疗等多项领域都具有广泛的应用前景。

该研究工作由中国科学院动物研究所和北京干细胞与再生医学研究院完成。中科院动物所研究员周琪和李伟为论文的通讯作者；博士生陈阳灿、胡艳萍、王鑫阁为共同第一作者。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.xinn.2022.100264