在细菌细胞内，被称为逆转录酶的特殊免疫系统会抵御病毒的攻击。但这并不是他们能做的全部。

包括格莱斯顿研究所(Gladstone Institutes)的赛斯·希普曼(Seth Shipman)博士在内的科学家们已经证明，逆转录酶在实验室中还有一个重要目的:精确的DNA编辑。事实上，逆转录酶可以与CRISPR结合使用，从而更好地编辑人类细胞。CRISPR是一种更为著名的由细菌防御系统转变而来的基因编辑器。

然而，尽管逆转录酶具有帮助科学家更好地了解疾病和开发新疗法的潜力，但只有少数逆转录酶得到了研究。在自然界中，存在着成千上万的变异，其中一些比另一些具有更强的基因编辑能力。

在《自然生物技术》上发表的一项新研究中，希普曼和他的团队极大地扩展了逆行知识的范围。他们对163个从未测试过的逆转录酶进行了“普查”，并发现了许多比目前研究中使用的逆转录酶更快、更有效地编辑DNA的逆转录酶。

科学家们在细菌、噬菌体(感染细菌的病毒)和人类细胞中测试了新的逆转录酶。他们发现，一些新发现的逆转录酶可以有效地进行编辑，从而用于治疗疾病。他们的发现也提供了一个广泛的数据库，开始了解不同逆转录子的不同性质。

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自从十多年前CRISPR技术问世以来，科学家们一直在利用基因编辑技术更全面地了解细胞的功能，并开发治疗甚至治愈疾病的新方法。逆转录酶具有产生大量DNA以检测入侵病毒的天然能力，将这种能力提升到了一个新的水平。

希普曼是逆转录酶作为生物技术工具开发的全球领导者之一。他把它们当作细胞内的小工厂来制造基因编辑所需的DNA链。

尽管逆转录酶在细菌中很常见，但科学家们只使用了上世纪80年代首次描述的少数逆转录酶。几年前，西班牙的研究人员查看了基因组数据库，发现了近2000段他们预测为逆转录子的DNA。

“没有人在实验室里测试过这些逆转录酶，所以我们决定这么做，”这项新研究的第一作者之一、希普曼实验室的前研究助理阿西姆·汗(Asim Khan)说，他现在正在哥伦比亚大学攻读博士学位。“我们开始从这个列表中提取逆转录酶，并将它们放入细胞中，看看哪些能起作用，哪些对技术有用，以及它们之间是否存在有趣的差异。”

在新的研究中，希普曼的研究小组对163个假定的逆转录子进行了实验室实验。选择这些逆转录酶是为了捕捉西班牙队完整名单的多样性。

研究人员设计了大肠杆菌，使其包含每个预测逆转录的代码，并测试这些序列是否真的是可以产生DNA的逆转录。他们证实其中大多数确实是功能性逆转录酶。

“然后，我们想确定是否有任何新的逆转录酶可以比我们一直使用的标准逆转录酶更好地编辑，所以我们测量了每个新的逆转录酶可以产生多少DNA，”该研究的第一作者之一Matías罗哈斯-蒙特罗说，他曾是希普曼实验室的研究助理，目前正在加州大学旧金山分校攻读博士学位。“我们的实验室之前发现，逆转录子产生的DNA数量可以很好地预测它在基因组编辑中的工作效果。”

研究小组发现，逆转录酶之间的关系预测了它们产生的DNA数量;产生最多的逆转录酶往往是相关的逆转录系统。展望未来，这些知识可以帮助科学家预测其他逆转录酶在编辑方面的效果。

更好的编辑

一旦Shipman的研究小组证实了逆转录酶可以在大肠杆菌中产生DNA，他们就选择了29个逆转录酶来测试它们与大肠杆菌和噬菌体中的基因编辑系统一起工作的能力。

在大肠杆菌中，其中8个反转录子的编辑率高于retron - eco1，后者目前被认为是细菌基因编辑的黄金标准反转录子。一种来自水痘克雷伯菌的逆转录酶的编辑效率比Eco1提高了10倍。在噬菌体中，4个逆转录酶的效率高于Eco1。

最后，研究小组测试了130多个逆转录酶在人类细胞中进行基因编辑的能力;其中58个基因的精确编辑率高于Eco1。他们发现，表现最好的逆转录酶在30%到40%的细胞中进行了正确的编辑。这种编辑率被认为足以对研究人员希望用基因疗法治疗的许多疾病(如自身免疫性疾病和血液疾病)产生治疗效果。

希普曼和他的同事们正计划进一步研究新的逆转录酶，以及预测的不能产生DNA的逆转录酶，以更好地了解逆转录酶的哪些部分影响了它们的DNA生成和与基因编辑器合作的能力。最终，他们希望这份清单能为研究人员在开始使用逆转录酶编辑基因时提供新的、更有效的选择。

“除了自己使用逆转录酶来编辑基因组和引入与疾病相关的遗传变异外，我们已经将这些新的逆转录酶提供给许多其他对使用它们感到兴奋的实验室，”希普曼说，他也是加州大学旧金山分校生物工程和治疗科学系的副教授，也是陈扎克伯格生物中心的研究员。“随着我们不断深入研究这些逆转录子的特性，我们认为我们将能够进一步设计和改进它们。”