多机构生物学家团队近日在《自然》杂志发表研究称，一些细菌物种通过改造CRISPR-Cas基因切割系统，进化出一种由RNA引导的基因激活机制。研究人员指出，这一发现与诺贝尔奖得主弗朗索瓦·雅各布和雅克·莫诺在1961年乳糖操纵子论文中提出的设想相呼应：RNA可能通过碱基配对相互作用参与细菌基因活性调控。随着蛋白质转录因子的发现，该设想长期未获验证。
研究通讯作者、霍华德·休斯医学研究所生物化学与分子生物物理学教授兼研究员斯特恩伯格表示，该系统并非在导RNA指定位置进行切割，而是将细胞转录机械带到目标位点以激活基因。他称，这代表一种不同于传统“蛋白-DNA识别主导基因激活”的调控类别。
研究团队将该系统命名为dCas12f–σE，并在拟杆菌门细菌中发现。拟杆菌门细菌是人体肠道微生物群的常见成员。研究人员称，dCas12f–σE所激活的基因可能与铁、肽和碳水化合物的细胞摄取有关，或使细菌能够对相关过程进行更精确的调控。
研究人员同时指出，该系统对合成生物学与基因工程具有潜在应用价值，可用于在大肠杆菌及其他细菌物种中实现基因激活，而这一能力目前仍较受限制。斯特恩伯格实验室的生物信息学专家维甘表示，该系统的一项特点是不依赖转录因子通常需要的DNA典型基序；通过更换导RNA即可对系统进行重新编程，以激活基因组中的不同基因。
据介绍，研究团队已能够同时部署多个导RNA以激活多个基因。斯特恩伯格称，这一能力可能有助于新抗生素研发：一些细菌含有产生抗菌化合物的基因簇，但相关基因簇难以被激活；借助RNA引导的转录系统，研究人员或可同时激活基因簇内的全部基因，从而“唤醒”此前隐匿的代谢通路。
研究还提到，通过激活肠道微生物群中具有治疗作用的基因，dCas12f–σE可能为胃肠疾病治疗提供帮助。研究人员同时表示，将该细菌系统重新设计用于哺乳动物细胞的基因激活或存在难度，但类似系统可能存在于其他真核生物中，并可用于新的基因组与转录组工程应用。斯特恩伯格称，这类RNA引导蛋白的“超级家族”广泛存在于真核生物中，包括真菌、昆虫和单细胞生物，部分物种可能沿用相似的进化路径，将相关分子机器重新用于基因开启或关闭。
