细菌细胞用数种特殊防御系统来抵御病毒的攻击。和CRISPR类似，Retron（反转录子）也是细菌抵御病毒的攻击的工具之一，细菌利用这种反转录DNA (RT-DNA)来检测噬菌体感染。世界各地的科学家们——包括格莱斯顿研究所(Gladstone Institutes)的Seth Shipman博士在内——已经纷纷证明，Retron同样可以为实验室所用，作为一种工具帮助实现重要目的：精确的DNA编辑。Retron可以与CRISPR结合以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工具。

然而，尽管Retron（反转录子）具有帮助科学家更好地了解疾病和开发新疗法的潜力，但只有少数反转录子得到了深入研究。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《Nature Biotechnology》上发表的一项新研究中，Seth Shipman和他的团队极大地扩展了反转录子知识的范围。他们对163个从未测试过的Retron进行了“普查”，并发现了许多比目前研究中使用的Retron更快、更有效地编辑DNA的反转录子。

这项新研究的主要作者Seth Shipman说:“反转录子技术的基线现在已经有了显著的提高。”“在几乎每一种细胞类型中，我们都发现比我们原先使用的基因编辑器要好得多的Retron。”他们在细菌、噬菌体(感染细菌的病毒)和人类细胞中测试了新的Retron。一些新发现的Retron可以足够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可以开始深入了解不同的Retron的不同性质。

扩展工具箱

自从十多年前CRISPR技术问世以来，科学家们已经利用基因编辑技术来更全面地了解细胞的功能，并开发出治疗甚至治愈疾病的新方法。Retron具有反转录合成DNA的天然能力，有望将这种能力提升到了一个新的水平。

Seth Shipman是将Retron作为生物技术工具开发的全球领导者之一。他把Retron当作细胞内的小工厂来制造基因编辑所需的DNA链。尽管Retron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几个Retrons。几年前，西班牙的研究人员分析了基因组数据库并识别出了近2000段他们估计是Retron的DNA。

“没有人在实验室里测试过这些Retrons，所以我们决定这么做，”这项新研究的第一作者之一、Shipman实验室的前研究助理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Retron，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。”Shipman的研究小组对163个假定的Retrons进行了实验室实验。选择这些逆转录酶是为了体现西班牙团队的Retron名单的多样性。研究人员设计改造大肠杆菌使其包含每个假定Retron的代码，并测试这些序列是否真的是可以产生DNA的Retron。结果证实其中大多数确实是功能性Retrons。

该研究的第一作者之一Matías Rojas-Montero——他原来是Shipman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——说：“然后，我们想确定是否有任何新的Retron可以比我们一直使用的标准Retron更好地编辑，所以我们检测了每个新的Retron可以产生多少DNA，”“我们的实验室之前发现，Retron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。”展望未来，这些知识可以帮助科学家预测其他Retron在编辑方面的效果。

更好的编辑

Shipman的研究小组证实了可以在大肠杆菌中产生DNA的Retron后，他们就选择了29个Retron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。大肠杆菌中的8个反转录子的编辑率高于Retron-eco1——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Retron的编辑效率比Eco1提高了10倍。噬菌体中4个Retron的效率高于Eco1。

最后，研究小组测试了130多个Retron在人类细胞中进行基因编辑的能力：其中58个基因精确编辑率高于Eco1。他们发现，表现最好的Retron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在基因疗法治疗疾病中产生治疗效果。

Seth Shipman和他的同事们正计划进一步研究新的Retrons，以及那些未能产生DNA的假定Retrons，以更好地了解Retron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Retron编辑基因时提供新的、更有效的选择。

Seth Shipman“除了自己使用Retron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Retron提供给许多其他对使用它们感到兴奋的实验室，”“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。”

图片来自中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心，解释了Retron编辑和其他几种基因编辑技术的特点

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