CRISPR-Cas9和相关基因编辑工具的核心dna切割蛋白最初来自细菌，但一种新发现的Cas蛋白显然是在感染细菌的病毒中进化而来的。
这种新的Cas蛋白质是在已知的最大的感染细菌的病毒——噬菌体中发现的，也是迄今发现的最紧凑的Cas变种——只有今天的主力军Cas9的一半大小。
更小、更紧凑的Cas蛋白更容易被运送到细胞中进行基因组编辑，因为它们可以被装载到小型运载工具中，包括一种最流行的失活病毒——腺相关病毒(AAV)。超紧凑的Cas蛋白质也在AAV内为额外的货物留出空间。
作为一个最小的Cas蛋白质知道到目前为止,新发现的CasΦ(Cas-phi)优势目前基因编辑工具时必须传递到细胞操纵作物或治愈人类疾病的基因。
“腺病毒是完美的特洛伊木马提供基因编辑:您可以很容易地程序病毒到达几乎任何身体的一部分,”帕特里克·波许说,加州大学的博士后研究员,伯克利分校和加州大学伯克利分校的创新基因组研究所(IGI),加州大学伯克利分校、加州大学旧金山分校联合研究小组致力于发现和研究小说在农业和人类疾病基因编辑工具。“但你只能将一个非常小的Cas9装入这种病毒中来传递它。如果你有其他的CRISPR-Cas系统，它们比Cas9更紧凑，那就给你足够的空间来容纳额外的元素:不同的蛋白质融合到Cas蛋白质，DNA修复模板或其他调节Cas蛋白质和控制基因编辑结果的因素。”
显然这些“megaphages”使用ΦCasΦ蛋白质——希腊字母,或φ,是用于速记噬菌体诱骗细菌病毒对抗竞争对手,而不是自己。
”真正让我感兴趣的东西专门研究这种蛋白质是所有已知的CRISPR-Cas系统最初发现于细菌和古生菌来抵御病毒,但这是唯一一次在一个完全新型的CRISPR-Cas系统首次发现,到目前为止,只发现,在病毒基因组,”之一Al-Shayeb说IGI的博士生。“这让我们思考这种蛋白质有什么不同，随之而来的是我们在实验室中发现的许多有趣的特性。”
这些属性包括:CasΦ进化是流线型的,在一种蛋白质结合几个函数,所以它可以省掉一半Cas9的蛋白质片段。它与来自细菌的原始Cas9酶一样，在靶向DNA的特定区域时具有选择性，而且同样高效。它在细菌、动物和植物细胞中起作用，这使它成为一种前景广阔、应用广泛的基因编辑器。
“这项研究表明,这种病毒编码CRISPR-Cas蛋白质实际上是非常擅长它,但它是很多小,Cas9大小的一半,”珍妮弗Doudna执行理事IGI说,加州大学伯克利分校教授的分子和细胞生物学和化学和霍华德·休斯医学研究所研究员。“这很重要，因为这可能使它比我们在Cas9中发现的更容易植入细胞。当我们思考CRISPR在未来将如何应用时，这确实是该领域目前最重要的瓶颈之一:交付。我们认为这种微小的病毒编码CRISPR-Cas系统可能是突破这一障碍的一种方式。”
Pausch和Al-Shayeb第一作者的一篇论文描述CasΦ本周将出现在《科学》杂志上。
Biggiephages携带它们自己的Cas蛋白质
CasΦ蛋白Al-Shayeb去年首次被发现在实验室里的吉尔班菲尔德,一个加州大学伯克利分校教授地球和行星科学和环境科学、政策和管理。megaphages包含CasΦ集团的一部分,他们被称为Biggiephage和被发现在各种各样的环境中,从春天的池和水饱和森林层牛粪泻湖。
megaphage(左),一个噬菌体的家庭成员Biggiephage,注入的DNA,包括基因CasΦ(红)——进入细菌细胞对噬菌体的细菌的竞争对手(上)。红色Pac-Man-like数据CasΦ蛋白质,酶病毒DNA。该细菌的基因组以紫色显示。(加州大学伯克利分校，Basem Al-Shayeb和Patrick Pausch拍摄)
“我们使用宏基因组测序来发现在许多不同环境中的细菌、古菌和病毒，然后探索它们的基因目录，以了解这些有机体是如何在它们的群落中独立地和联合地发挥作用的，”Banfield说。“噬菌体上的CRISPR-Cas系统是病毒与其宿主相互作用的一个特别有趣的方面。”
虽然宏基因组允许研究人员为CasΦ孤立的基因编码,其蛋白质序列告诉他们只是一个中科院的V型家庭,虽然进化距离其他类型V Cas蛋白质,如Cas12a CasX (Cas12e)和Cas14。他们不知道它是否像免疫系统一样对抗外来DNA。目前的研究表明,类似于Cas9, CasΦ目标和劈开外国在细菌细胞基因组,以及双链DNA的人类胚胎肾细胞和细胞植物拟南芥。与Cas9相比，它还能靶向更广泛的DNA序列。
CasΦ减少双链DNA的能力将是一个十分有利的条件。所有其他紧密的Cas蛋白优先切割单链DNA。因此，尽管它们可以很好地适应像AAV这样紧凑的传递系统，但在编辑细胞内的双链DNA时，它们就没那么有用了。
一样在Cas9基因编辑能力在2012年被首次发现,有一个很大的优化空间CasΦ基因编辑和发现最好的规则设计指导目标特定基因的rna,波许说。
论文的其他合著者还有加州大学伯克利分校的Ezra Bisom-Rapp、Connor Tsuchida、Brady Cress和Gavin Knott，以及加州大学洛杉矶分校的郑丽和Steven E. Jacobsen。研究人员的部分资金来自保罗·g·艾伦前沿小组、美国国立卫生研究院体细胞基因组编辑协会(U01AI142817-02)和美国国家科学基金会(DGE 1752814)。
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