在细菌细胞中，被称为逆转录子的特殊免疫系统可以抵御病攻击。但这并不是它们的全部功能。包括格拉德斯通研究所的SethShipman博士在内的科学家已经证明逆转录子在实验室中也发挥着重要作用：精确的DNA编辑。事实上，逆转录子可以与CRISPR(更为著名的细菌防御系统转变为基因编辑器)结合使用，以更好地编辑人类细胞。

然而，尽管逆转录病具有帮助科学家更好地了解疾病和开发新疗法的潜力，但只有少数逆转录病得到了研究。自然界中存在着成千上万种逆转录病变体，其中一些变体的基因编辑能力比其他变体更强。

在《自然生物技术》杂志发表的一项研究中，Shipman及其团队极大地拓展了逆转录子的知识领域。他们对163个从未测试过的逆转录子进行了“普查”，发现许多逆转录子可以比目前研究中使用的逆转录子更快、更有效地编辑DNA。

“逆转录技术的基础现在已经得到显著改善，”新研究的主要作者Shipman表示。“在几乎每种细胞类型中，我们都发现了比我们开始时更好的逆转录编辑器。”

科学家们在细菌、噬菌体(感染细菌的病)和人类细胞中测试了新的逆转录子。他们发现，一些新鉴定的逆转录子可以有效地进行编辑，足以用于治疗疾病。他们的发现还提供了一个广泛的数据库，可以开始了解不同逆转录子的不同特性。

扩展工具包

自从十多年前CRISPR问世以来，科学家们一直利用基因编辑来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。Retron具有产生大量DNA来检测入侵病的天然能力，将这种能力提升到了一个新的水平。

希普曼是将逆转录子开发为生物技术工具的全球领人物之一。他利用逆转录子作为细胞内的微型工厂来制造基因编辑所需的DNA链。

尽管逆转录子在细菌中非常常见，但科学家们只使用了20世纪80年代首次描述的少数逆转录子。几年前，西班牙的研究人员查看了基因组数据库，发现了近2,000个他们预测为逆转录子的DNA片段。

“之前还没有人在实验室中测试过这些逆转录子，所以我们决定这么做，”这项新研究的共同第一作者、Shipman实验室的前研究员AsimKhan说道，他目前正在哥伦比亚大学攻读博士学位。

“我们开始从该列表中提取逆转录病，并将它们放入细胞中，以查看哪些可以起作用，哪些对技术有用，以及它们之间是否存在有趣的差异。”

塞思·希普曼(右)、亚历杭德罗·冈萨雷斯-德尔加多(左)及其格拉德斯通研究所的同事仔细研究了从未测试过的逆转录子，这是一种可用于精确基因编辑的细菌防御系统。图片来源：迈克尔·肖特/格拉德斯通研究所

在这项新研究中，Shipman团队对163个推测的逆转录子样本进行了实验室实验。这些逆转录子被选中是为了捕捉西班牙团队完整列表的多样性。

研究人员对大肠杆菌进行了改造，使其包含每个预测的逆转录子的代码，并测试了这些序列是否真的是可以产生DNA的逆转录子。他们证实，其中大多数确实是功能性逆转录子。

“然后，我们想确定是否有任何新的逆转录子可以比我们一直使用的标准逆转录子编辑得更好，所以我们测量了每个新的逆转录子可以产生多少DNA，”该研究的共同第一作者、Shipman实验室前研究员MatíasRojas-Montero说，他目前正在加州大学旧金山分校(UF)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作用效果。”

研究小组发现，逆转录子之间的关系可以预测它们产生的DNA数量——产生最多DNA的DNA往往是相关的逆转录子系统。展望未来，这些知识可以帮助科学家预测其他逆转录子在编辑方面的有效性。

更好的编辑器

当Shipman团队确认逆转录子可以在大肠杆菌中产生DNA后，他们就选择了29个逆转录子来测试它们与大肠杆菌和噬菌体中的基因编辑系统协同作用的能力。

在大肠杆菌中，八个逆转录子的编辑效率高于Retron-Eco1，后者目前被认为是细菌基因编辑的黄金标准逆转录子。来自细菌克雷伯氏菌的逆转录子与Eco1相比，其编辑效率提高了10倍。在噬菌体中，四个逆转录子的编辑效率高于Eco1。

最后，研究小组测试了130多个逆转录病在人类细胞中进行基因编辑的能力;其中58个逆转录病的精确编辑率高于Eco1。他们发现，表现最好的逆转录病在30%到40%的细胞中进行了正确编辑。这一编辑率被认为足以对许多研究人员希望用基因疗法治疗的疾病产生治疗效果，例如自身免疫性疾病和血液疾病。

Shipman和他的同事计划对新的逆转录子以及预测的未产生DNA的逆转录子进行进一步研究，以更好地了解逆转录子的哪些部分影响其DNA生成以及与基因编辑器协同工作的能力。最终，他们希望这份名单能为研究人员在使用逆转录子编辑基因时提供新的、更有效的选择。

“除了我们自己使用逆转录子来编辑基因组和引入与疾病相关的遗传变异之外，我们已经将这些新的逆转录子提供给许多其他对使用它们感到兴奋的实验室，”Shipman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，以及陈扎克伯格生物中心研究员。

“随着我们不断深入挖掘这些反电子的特性，我们认为我们将能够进一步设计和改进它们。”