麻省理工學院的研究人員從真核生物中發現了大量可編程的DNA切割酶Fanzors，擴大了RNA引導工具的基因編輯潛力，為更精確、更有效率的基因組改造（尤其是在人類細胞中）開闢了可能性。

新研究發現，真核生物中廣泛存在名為Fanzors的RNA引導的酵素。從蝸牛、藻類到變形蟲，各種各樣的物種都能製造名為Fanzors的可編程DNA切割酶–麻省理工學院麥戈文腦研究所（McGovern Institute for Brain Research）科學家的一項新研究發現了數千種這樣的酵素。

Fanzors是一種RNA引導的酶，可以透過編程在特定位點切割DNA，就像細菌酶一樣，為廣泛使用的基因編輯系統CRISPR提供動力。最近，《科學進展》（Science Advances）雜誌報導了新發現的天然Fanzor酶的多樣性，這為科學家提供了一套廣泛的可編程酶，可能會被改造成新的研究或醫學工具。

“RNA引導的生物學可以讓你製造出真正易於使用的可編程工具。因此，我們能找到的越多越好，”麥戈文研究員奧馬爾-阿布達耶赫說，他與麥戈文研究員喬納森-古騰伯格共同領導了這項研究。

CRISPR是一種古老的細菌防禦系統，它清楚地顯示了RNA引導的酵素在實驗室中的用途。由麻省理工學院教授、麥戈文研究員張鋒、阿布達耶、古滕伯格等人開發的基於CRISPR的基因組編輯工具改變了科學家修改DNA的方式，加速了研究的進程，並促成了許多實驗性基因療法的開發。

此後，研究人員在細菌世界中發現了其他RNA 引導酶，其中許多酶的特性使其在實驗室中具有重要價值。張的研究小組今年稍早報導了Fanzors的發現，它能夠以RNA引導的方式切割DNA，開闢了RNA引導生物學的新領域。

Fanzors是在真核生物中發現的首批此類酶。真核生物是包括植物、動物和真菌在內的一大類生命形式，由與膜結合的細胞核定義，細胞核保存著每個細胞的遺傳物質。(沒有細胞核的細菌屬於原核生物）。

古騰伯格說：”長期以來，人們一直在原核系統中尋找有趣的工具，我認為這已經取得了令人難以置信的成果。真核系統確實是一個全新的工作場所。”

一個希望是，在真核生物中自然進化的酶可能更適合在其他真核生物（包括人類）的細胞中安全高效地發揮作用。研究小組已經證明，Fanzor酶可以在人類細胞中精確切割特定的DNA序列。

在這項新研究中，阿布達耶赫和古騰伯格發現，有些Fanzors即使沒有經過優化，也能在人體細胞中標靶DNA序列。它們在哺乳動物細胞中的工作效率相當高，令人驚嘆。

圖為變形蟲

在本次研究之前，真核生物中已經發現了數百種Fanzors。在實驗室成員賈斯汀-林（Justin Lim）的領導下，透過對基因資料庫的廣泛搜索，古滕伯格和阿布達耶的研究小組現在已經將這些酶的已知多樣性擴大了一個數量級。

在真核生物和感染真核生物的病毒中發現的3600 多種Fanzors 中，研究人員能夠識別出五個不同的酵素家族。透過比較這些酵素的精確組成，他們發現了漫長進化史的證據。

Fanzors很可能是由名為TnpBs的RNA引導的DNA切割細菌酵素演化而來的。事實上，正是Fanzors與這些細菌酶的基因相似性首先引起了張的研究小組以及古滕伯格和阿布達耶團隊的注意。

研究人員追蹤到的演化聯繫表明，Fanzors 的這些細菌前身很可能不只一次進入真核細胞從而啟動了它們的演化。其中一些可能是透過病毒傳播的，而另一些則可能是由共生細菌引入的。研究還表明，在被真核生物吸收後，這些酶進化出了適合其新環境的特徵，例如允許它們進入細胞核的信號，在細胞核中它們可以獲得DNA。

透過生物工程研究生蔣凱怡領導的遺傳和生化實驗，研究團隊確定，Fanzors進化出了一個DNA切割活性位點，與細菌前身的活性位點截然不同。TnpB的祖先將目標鎖定在試管中的DNA序列時，會被活化並切割試管中的其他序列；而Fanzors則缺乏這種雜亂無章的活性。當他們使用一種RNA 引導劑來引導酵素切割人類細胞基因組中的特定位點時，他們發現某些Fanzors 能夠以大約10% 到20% 的效率切割這些目標序列。

隨著研究的深入，阿布達耶赫和古騰伯格希望能利用Fanzors 開發出各種複雜的基因組編輯工具：”這是一個新平台，它們有很多能力。將整個真核生物界開放給這些類型的RNA引導系統，將為我們帶來許多研究機會。”