编写|王聪
噬菌体和细菌之间的攻防之战，导致细菌发展出复杂的防御系统，而近年来生命科学领域最大的突破——CRISPR基因编辑技术，就是从细菌防御系统发展而来的。事实上，除了CRISPR之外，细菌还有其他防御措施。
在20世纪80年代，研究土壤细菌的研究人员困惑地发现，许多单链DNA的短序列散落在细菌的细胞质中。1984年，Yosteen University的About Stony Brook的Thomas Yee和其他人首次在细胞论文中提到了这一发现。
接下来，研究人员发现，每一段DNA都与具有互补碱基序列的RNA相连，这使他们意识到，正是逆转录酶从附着的RNA合成DNA，形成了RNA、DNA和酶的复合物。然后科学家们发现该复合体是retron。
超过36年后的2020年，以色列Weitzman研究所的Rotem Sorek团队在Cell上发表了一篇论文，首先分析了retron的功能，证实它是一种针对噬菌体的细菌防御。阅读更多：细胞论文揭示了另一种具有基因编辑潜力的细菌防御系统
当研究人员了解到逆转录病毒与CRISPR系统类似，是细菌的防御系统时，基于retron的基因组编辑开始吸引越来越多的关注。
CRISPR系统具有高度的靶向性，但不擅长将新序列引入靶DNA中。相比之下，Retron可以通过逆转录酶制作大量拷贝的靶序列，从而可以有效地缝合到宿主基因组中。
因此，如果转录可以与CRISPR集成，就可以开发出一种新的、更强大的基因编辑工具。
事实上，早在2018年，斯坦福大学的亨特·弗雷泽（Hunter Fraser）等人就推出了一款基于retron的基因编辑工具，名为CRISPAY。
2021年4月27日，哈佛医学院的George Church团队开发了一种基于h1类<逆向转录（RLR）的新型基因组编辑工具，"pgc-h-right-arrow"data-track-track"22">。</h1>
然而，上述基于转录的基因组编辑系统仍然效率低下，并且尚未被证明在哺乳动物细胞中发挥作用。然而，转录在基因组编辑应用中显示出独特的优势。
2021年8月17日，中国科学院脑科学与智能技术卓越中心研究员杨辉博士和奥达生物推荐公司辉祥峰博士发表了一篇题为《人类细胞中外源供体DNA摄氏体编辑系统的精确基因组》的论文。
该研究优化了retron，首次证实retron系统可以在哺乳动物细胞中进行基因编辑。
Retron通过逆转录产生单链多拷贝卫星DNA（msDNA），研究表明msDNA可以作为基因组中基因编辑的重组供体。这种编辑方法与CRISPR不同，不需要额外的gRNA。
在这项研究中，研究小组发现，这种修饰的逆转录病毒（Retron）编辑系统通过将来自不同进化分支的Cas9与大肠杆菌逆转录病毒（RT）相结合，并在逆转录病毒中ncRNA的5'末端连接gRNA，可以有效地实现人类细胞中的准确基因组编辑（HDR同源重组修复）。Cas9-Ec73RT和3'Ec73 rgRNA组合是最有效的，高达10%。
该团队表示，有几种方法可以改善人类细胞中retron系统的编辑。首先，可以鉴定出更适合人类细胞基因组编辑的Retron转录（Retrons）;其次，Retron-RT和Retron-ncRNA可以被设计成增强它们的活性;最后，Cas9（D10A）切口酶单体Cas9可用于减少Cas9引起的DNA双链断裂的可能副产物。
总体而言，这项研究首次证明细菌的防御系统retron可用于哺乳动物细胞的精确基因组编辑，并且可能更准确，更安全，以避免Cas9引起的双链DNA断裂。有望为体外和体内基因编辑治疗带来新的基因编辑系统。
相关链接：
1. https://doi.org/10.1016/0092-8674（84）90541-5
2. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.09.065
3. https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.08.057
4. https://www.pnas.org/content/118/18/e2018181118
5. https://doi.org/10.1007/s13238-021-00862-7