CRISPR-Cas系统是目前最常用的基因编辑工具，但是由于传统的Cas核酸酶分子量普遍太大，使其在在体基因治疗的应用中受限。近年来，为了解决这一难题，小的Cas核酸酶逐渐被发现和探究。其中，Cas12f 核酸酶是目前最紧凑的 CRISPR 效应核酸酶，比传统Cas9和Cas12a核酸酶小一半以上，在临床治疗应用中具有巨大潜力，然而高效的Cas12f基因编辑系统仍旧较少。

图1.CRISPR-SpaCas12f1的表征与改造

来自Syntrophomonas palmitatica的紧凑型SpaCas12f1只有497个氨基酸，该研究首先系统地表征了SpaCas12f1的生化特性及对DNA识别与切割的模式，证明了SpaCas12f1是一种镁离子依赖的嗜热核酸酶，可在tracrRNA和crRNA的帮助下有效切割含有5' -NTTY (Y代表C或T)PAM的双链DNA。此外，SpaCas12f1拥有与AsCas12f1相似的切割模式，即在靶向链上引入一个切口，非靶向链上引入两个切口（图1）。

由于SpaCas12f1在大肠杆菌中拥有质粒干扰活性，为探究其能否成为一个在细菌中高效的基因组编辑工具，研究人员通过引入SpaCas12f1和Lambda Red重组酶系统及单链修复模板，实现了CRISPR-SpaCas12f1在大肠杆菌（Escherichia coli）和肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）中多种精准的基因组编辑。同时，研究人员发现SpaCas12f1的tracrRNA具有独特的head-to-toe的发夹结构，这是限制SpaCas12f1在哺乳动物细胞有效编辑的主要因素。通过对RNA二级结构预测及小RNA测序结果分析，研究人员设计了五种策略，系统地工程化向导RNA，成功地获得了高效的引导RNA，gRNA_MS13，从而实现CRISPR-SpaCas12f1高效哺乳动物细胞编辑。

这项研究扩展了微型CRISPR核酸酶工具库，并为基因治疗和工程化微型CRISPR系统提供了新的思路。

上海科技大学季泉江团队博士生王玉珏为第一作者，上海科技大学季泉江教授与助理研究员吴兆韡为本文的共同通讯作者。该研究得到了临港实验室求索杰出青年基金、基金委优秀青年基金、面上项目、上海市科委原创探索项目等基金的支持。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111418

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