合肥研究院研發出面向CRISPR的綜合分析預測工具及平臺

　　【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院合肥物質科學研究院健康與醫學技術研究所基因組學團隊副研究員張帆研發了名為CRISPRimmunity的分析服務平臺。該平臺是識別CRISPR相關重要分子事件以及用于基因編輯調節器的交互式網絡服務器。相關研究成果發表在Nucleic Acids Research上。
 

　　CRISPRimmunity是全新的、用戶界面友好的網絡服務器，旨在提供面向CRISPR的一站式綜合分析服務平臺，全面注釋CRISPR-Cas系統與Anit-CRISPR系統共進化過程中關鍵分子事件，準確預測Anti-CRISPR蛋白，從頭識別新型II類CRISPR-Cas基因座，基于CRISPR陣列信息預測細菌與可移動元件(噬菌體、質粒)之間的相互作用，從更加綜合地進化視角理解CRISPR-Cas系統和anti-CRISPR系統。
 

　　CRISPR-Cas系統是自然界中原核生物長期演化過程中所形成適應性免疫系統。該系統通過RNA介導的DNA降解抵御外源基因入侵，能夠實現高度靈活的特異性靶向，成為現有基因編輯和基因修飾中效率最高、最簡便、成本最低的技術之一。新型CRISPR-Cas相關蛋白及Anti-CRISPR蛋白的發現，將進一步加深科學家對CRISPR-Cas系統在原核生物中的作用的認知，擴展在其他細胞和生物體中進行基因組編輯應用的工具盒。然而，目前可用的CRISPR-Cas相關數據資源僅僅關注CRISPR-Cas系統或anti-CRISPR系統中的特定領域，忽視了兩者之間的共同進化關系，因而提供的信息與服務有限，且缺乏識別新型II類CRISPR-Cas系統的可用方法。
 

　　課題組研發了面向CRISPR-Cas系統與Anti-CRISPR系統的綜合分析預測平臺——CRISPRimmunity。該平臺構建了一系列面向CRISPR相關信息的自定義數據庫，注釋已知的Anti-CRISPR蛋白和Anti-CRISPR相關蛋白、II類CRISPR-Cas系統、CRISPR陣列類型、HTH結構域和可移動遺傳元件，以剖析CRISPR-Cas系統與anti-CRISPR系統共進化中關鍵分子事件；綜合了同源分析、關聯分析及原噬菌體區域中自靶向事件等多種策略預測Anti-CRISPR蛋白以提高預測的準確性，在99個經實驗驗證的Acrs和676個非Acrs的數據上對CRISPRimmunity進行測試，Anti-CRISPR蛋白預測準確率達到0.997；首次提供了II類CRISPR-Cas基因座的從頭預測算法，鑒定了4個具有不同PAM結構域的Cas9，1個更小的Cpf1，61個C2c10及3個未分類的全新的V型Cas蛋白，其中一部分CRISPR-Cas基因座已在體外經實驗驗證了活性。
 

　　CRISPRimmunity網絡服務器設計了圖形用戶界面，提供多種可視化、自定義設置選項和可導出機器可讀格式的詳細結果和詳細教程，以便不同需求的用戶使用；提供了在NCBI數據庫中18,408株完全測序的細菌及235株含Acr的細菌及208,209株人類腸道微生物中預注釋的CRISPR相關重要分子事件的瀏覽和下載，為未來的實驗設計和進一步的數據分析提供了參考。此外，CRISPRimmunity提供了本地化版本為計算生物學家批量數據挖掘提供便利。
 

　　研究工作得到國家自然科學基金、黑龍江省頭雁團隊原創探索基金和哈爾濱工業大學青年科學家工作室等的支持。

       中國科學院合肥物質科學研究院是中國科學院所屬的綜合性科研機構之一。中國科學院合肥物質科學研究院的歷史可追溯至2001年11月由原中國科學院合肥分院及安徽光學精密機械研究所、等離子體物理研究所、固體物理研究所合并而成的中國科學院合肥研究院；2003年5月，正式批復合并為中國科學院合肥物質科學研究院；2004年4月，合肥智能機械研究所劃歸該研究院。