在过去十年中，科学家们已经将CRISPR系统从微生物应用于基因编辑技术，这是一种用于修改DNA的精确且可编程的系统。现在，麻省理工学院麦戈文研究所以及麻省理工学院和哈佛大学博德研究所的科学家们发现了一类新的可编程DNA修饰系统，称为OMEGA(ObligateMobileElementGuidedActivity)，它可能自然地参与改组整个细菌基因组中的小片段DNA。

这些古老的DNA切割酶被小片段RNA引导到它们的目标。虽然它们起源于细菌，但现在已被设计用于人类细胞，这表明它们可用于基因编辑疗法的开发，特别是因为它们很小(约为Cas9大小的30%)，使它们更容易交付细胞比体积更大的酶。发表在《科学》杂志上的这一发现提供了证据，证明天然RNA引导的酶是地球上最丰富的蛋白质之一，指向一个广阔的生物学新领域，该领域有望推动基因组编辑技术的下一次革命。

该研究由麦戈文研究员张锋领导，张锋是麻省理工学院神经科学詹姆斯和帕特里夏波伊特拉斯教授、霍华德休斯医学研究所研究员、博德研究所核心成员。张的团队一直在探索自然多样性，以寻找可以合理编程的新分子系统。

“我们对这些广泛存在的可编程酶的发现感到非常兴奋，它们一直隐藏在我们的眼皮底下，”张说。“这些结果表明，有更多可编程系统作为有用技术等待发现和开发，这是一种诱人的可能性。”

可编程酶，尤其是那些使用RNA指导的酶，可以快速适应不同的用途。例如，CRISPR酶自然地使用RNA向导来靶向病毒入侵者，但生物学家可以通过生成自己的RNA向导将Cas9定向到任何目标。“改变一个指导序列并设定一个新的目标是非常容易的，”研究生和论文的共同第一作者SoumyaKannan说。“所以我们感兴趣的一个广泛问题是试图看看其他自然系统是否使用同样的机制。”

OMEGA蛋白质可能受RNA指导的第一个暗示来自称为IscB的蛋白质基因。IscB不参与CRISPR免疫，也不知道与RNA相关联，但它们看起来像小的DNA切割酶。该团队发现每个IscB附近都有一个小RNA编码，它指导IscB酶切割特定的DNA序列。他们将这些RNA命名为“ωRNA”。

该团队的实验表明，另外两类小蛋白IsrBs和TnpBs(细菌中最丰富的基因之一)也使用ωRNA作为指导来指导DNA的切割。

IscB、IsrB和TnpB存在于称为转座子的移动遗传元件中。该论文的共同第一作者、研究生HanAltae-Tran解释说，每次这些转座子移动时，它们都会产生一个新的引导RNA，允许它们编码的酶在其他地方切割。

目前尚不清楚细菌如何从这种基因组改组中受益——或者它们是否会受益。Kannan说，转座子通常被认为是自私的DNA片段，只关心它们自己的移动性和保存性。但如果宿主可以“选择”这些系统并重新利用它们，宿主可能会获得新的能力，就像CRISPR系统赋予适应性免疫一样。

IscBs和TnpBs似乎是Cas9和Cas12CRISPR系统的前身。该团队怀疑它们与IsrB一起也可能产生了其他RNA引导的酶——他们渴望找到它们。Kannan说，他们对自然界中可能由RNA引导的酶执行的一系列功能感到好奇，并且怀疑进化可能已经利用了IscB和TnpB等OMEGA酶来解决生物学家热衷于解决的问题。

Altae-Tran说：“我们一直在考虑的很多事情可能已经以某种身份自然存在。”“这些类型系统的自然版本可能是适应该特定任务的良好起点。”

该团队还对追踪RNA引导系统的进化进一步向过去感兴趣。Altae-Tran说：“找到所有这些新系统有助于了解RNA引导系统是如何进化的，但我们不知道RNA引导活动本身来自哪里。”他说，了解这些起源可以为开发更多种类的可编程工具铺平道路。