俄罗斯科学家开发出新型核酸靶向工具：SPARDA

俄罗斯科学院的研究人员成功地利用原核生物的免疫防御系统创造了一种创新的可编程工具，用于靶向核酸，而这不是CRISPR-Cas。他们重新设计了原核Argonautes（pAgos），使其能够利用RNA引导序列定位核酸序列。这些系统经过修改，与效应核酸酶形成复合物。

研究人员采用了名为SPARDA（短型原核Argonaute，DNase和RNase相关）的两组分系统，有效地识别DNA序列，并诱导了副作用核酸酶的活性。SPARDA和其他简洁的pAgos系统可以编码多样的效应器，具有为生物技术领域提供新型可编程工具的潜力。

研究文章《DNA-targeting short Argonautes complex with effector proteins for collateral nuclease activity and bacterial population immunity》已发表在《自然微生物学》上。

第二种原核生物防御系统

Argonautes是一类广泛存在的蛋白质，可以利用短引导寡核苷酸识别特定的核酸靶标。最初在真核生物中发现Argonautes是因为它们在RNA干扰中的关键作用。然而，进一步的研究揭示了它们在原核生物中的广泛存在。

类似于CRISPR-Cas，pAgos利用互补的引导和pAgo或Cas蛋白质的核酸酶活性来识别和切割外来核酸。并非所有的pAgos都表现出核酸酶的酶活性。由于对大多数短pAgo系统的研究不足，目前对入侵DNA的区分机制以及效应器结构的多样性了解不足。

SPARDA = 短pAgo蛋白质 + 效应器核酸酶

玛丽亚·普罗斯托娃（Maria Prostova）和安娜·卡涅夫斯卡娅（Anna Kanevskaya）作为共同的首席作者，与一个团队的研究人员进行了一项研究，以研究与潜在效应核酸酶相关联的短pAgos。通过系统发生分析，鉴定出两个以前未探索的具有潜在效应核酸酶的短pAgos。研究表明，pAgos可以与共编码的效应核酸酶形成异源二聚体复合物，被称为SPARDA。与CRISPR-Cas类似，SPARDA可以被激活以切割副作用的单链DNA，双链DNA，单链RNA和DNA-RNA底物。

在这项研究中，研究人员设计了一种技术，利用质粒或噬菌体激活SPARDA。这种激活导致细胞DNA的降解，随后细胞的死亡或休眠。因此，研究人员能够为特定群体提供有针对性的保护，并扩大了原核生物识别免疫系统的范围。需要进一步的研究来确定激活的SPARDA是否可以永久阻碍噬菌体的复制，还是仅延迟噬菌体的释放。

此外，研究人员利用SPARDA通过荧光标记法检测单链DNA（ssDNA）靶标，从而增强了现有的Cas12或Cas13技术。通过在检测之前加入聚合酶链反应（PCR）步骤，可以提高检测方法的灵敏度。

由于其生理温度范围广泛，低背景活性和识别靶标DNA特异性的能力，SPARDA可能在各种应用中发挥作用，从体外核酸检测到微生物组工程和治疗中细菌或真核细胞的可编程去除。

参考文献：https://www.nature.com/articles/s41564-024-01654-5

编辑：王洪

排版：李丽