CRISPR-Cas9最為人所知的是一種編輯DNA的實驗室工具，但它其實還是免疫系統的一部分，能夠幫助某些微生物對抗病毒。
美國麻省理工學院生物化學家張鋒團隊聯合美國國家生物技術信息中心研究人員開發出一種新算法，在數十億個蛋白質序列中發現了新的罕見CRISPR系統，后者最終有望被改編成基因組編輯工具。相關成果11月23日發表于《科學》。
“我們對CRISPR系統的多樣性感到驚訝。”張鋒說，“做這種分析可以讓我們一石二鳥——既研究生物學，也可能找到有用的東西。”
單細胞細菌和古細菌使用CRISPR系統保護自己免受噬菌體的侵害。CRISPR系統通常由兩部分組成：識別并結合噬菌體DNA或RNA的“引導RNA”分子，以及在引導RNA指示的位點切割或干擾遺傳物質的酶。
迄今為止，研究人員已經確定了6種CRISPR系統，分別為I到VI。它們有不同的特性，包括使用酶的類型，以及識別、結合和切割RNA或DNA的方式。用于基因工程的CRISPR-Cas9系統通常被歸類為II型，而其他類型的CRISPR特征可能在其他方面有用。
為了在自然界找到不同的CRISPR系統，張鋒和同事開發了一種名為FLSHclust的算法，可分析公共數據庫中的基因序列。這些數據庫包含來自細菌和古細菌的數十萬個基因組、數億個未與特定物種相關聯的序列，以及數十億個編碼蛋白質的基因。FLSHclust通過尋找基因序列之間的相似性，并將它們分組到約5億個簇中，最終發現了CRISPR的相關基因。
通過觀察這些簇的預測功能，研究人員發現大約13萬個基因通過某種方式與CRISPR相關，其中188個是以前從未見過的。他們在實驗室測試了幾個基因以了解它們的作用。實驗結果揭示了CRISPR系統用來攻擊噬菌體的各種策略，包括解開DNA雙螺旋結構，從而使基因以插入或刪除的方式切割DNA。他們還發現了“抗CRISPR”的DNA片段，這可能有助于噬菌體避開細菌。
在這些新基因中，有一種完全未知的靶向RNA的CRISPR系統代碼，研究團隊將其命名為VII型。論文通訊作者之一、美國國家生物技術信息中心生物學家 Eugene Koonin表示，找到新的CRISPR系統越來越難，VII型和任何其他尚未被識別的CRISPR類型在自然界中是極其罕見的。“可能需要付出巨大的努力才能找到下一種類型。”
法國巴黎薩克雷大學微生物學家Christine Pourcel說，很難確定某些類型的CRISPR系統是否罕見，因為它們對微生物要么沒有用處，要么專門適應于生活在特定環境中的生物體。她補充說，由于研究中使用的基因數據庫包括與特定生物體沒有聯系的基因組片段，因此很難研究一些新系統的作用。
新西蘭奧塔哥大學生物化學家Chris Brown表示，該算法本身就是一個重大進步，因為它使研究人員能夠在不同物種間尋找其他類型的蛋白質。
“這是生物化學家的寶庫。”德國馬爾堡大學微生物學家Lennart Randau對此表示贊同。他說，下一步是找出酶和系統工作的機制，以及研究如何將它們用于生物工程。“一些CRISPR蛋白會隨機切割DNA，對生物工程毫無用處。但它們在檢測DNA或RNA序列方面非常精確，會成為很好的診斷或研究工具。”
研究人員認為，現在就說VII型CRISPR系統或FLSHclust發現的任何其他基因是否對基因工程有幫助為時尚早，但它們可能有一些有用的特性。例如，VII型病毒只涉及很少的基因，這些基因可以很容易地裝入病毒載體并傳遞到細胞中。相比之下，該團隊發現的其他一些系統包含非常長的引導RNA，這可能使它們能夠以前所未有的準確性靶向特定的基因序列。
