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2023年3月底，CRISPR的先驅者，華人科學家張鋒教授及其團隊在 Nature 期刊發表了題為：Programmable protein delivery with a bacterial contractile injection system 的研究論文。

01文章概覽

文章中張峰團隊的研究者們從微生物中取材，制造出了全新的蛋白遞送系統。該系統形似“注射器”，可以通過改變結合基團以接近100%的效率靶向特定細胞，遞送Cas9蛋白等基因編輯組件或生物毒素，以實現基因編輯、調控特定生理過程乃至殺死癌細胞等目的。

內共生細菌（Endosymbiotic bacteria）是一類特殊的細菌，它們可以寄生在宿主細胞的內部，并已進化出復雜的傳遞系統使其分泌調節宿主細胞的生物因子。例如，細胞外可收縮注射系統（eCIS），正是這樣一種類似于“注射器”的大分子復合物。eCIS通過驅動一個“針頭”結構穿透細胞膜，然后將攜帶的蛋白質有效載荷注入到真核細胞中。

通過重新編程的pvcs進行蛋白質遞送的模型

在這項最新研究中，張鋒團隊首先選定了eCIS的一個亞型——Photorhabdus virulence cassette（PVC）。PVC由一個約20kb的操縱子組成，包含16個核心基因（pvc1-16），以及下游的有效載荷Pdp1和Pnf。研究團隊發現，PVC有效載荷蛋白的N端高度無序區域是其“包裝結構域”，只要將其與想要遞送的蛋白（例如GFP）融合，就能將其加載到PVC復合體中。

PVC系統可以被重新編程以在真核細胞中定制蛋白遞送

于是，研究團隊使用人工智能蛋白設計平臺AlphaFold，通過氨基酸序列預測蛋白質結構，重新設計了發光桿菌的注射器，使之從靶向結合昆蟲細胞改為靶向結合人類細胞。類似的，這套系統也可以學會靶向小鼠細胞。細胞實驗的結果顯示，經過改造，“注射器”識別人類細胞和小鼠細胞的效果接近100%。

02未來應用方向

同時，研究人員通過重新設計發光桿菌eCIS的另一部分，還能根據需要讓它們裝載不同的蛋白質，包括基因編輯系統的核酸酶Cas9、堿基編輯器、可以殺死癌細胞的毒素等。

重新設計細菌的胞外可收縮注射系統，將其改造為專門靶向特定人類細胞遞送所需蛋白質的裝置

結果表明，PVC系統經過改造后可以在細胞和體內靶向遞送蛋白質，并在基因編輯、癌癥治療和臨床靶向遞送等領域展現出廣闊的應用前景，未來可能成為許多生物療法的關鍵遞送工具。

03文章中的實驗材料：質粒

在最后的實驗數據部分，張峰團隊也將文章中使用到的質粒都寄存在了全球非盈利質粒收藏中心：Addgene，以便于對該技術感興趣的其他科學家可以便捷的獲得同款質粒。

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04ADDGENE與中源

ADDGENE成立于2004年，位于美國馬薩諸塞州，是一家非營利性的機構，最初由三位華人科學家一起建立，其目的是幫助科學家更好的分享和收藏質粒。

在ADDGENE建立之前，科學家們分享質粒是一件非常困難的事情。ADDGENE建立后，科學家發表文章中如涉及到質粒，只需要將質粒寄送給ADDGENE，他們就會負責后續的質粒分發工作。其他科學家讀到這篇文獻后，可以很方便的從ADDGENE獲取需要的質粒用于以后的研究。Addgene的使命是：通過加快對有質粒、病毒、文庫等有用材料和信息的研究和分享，以加快科學的研究和發現。

截止目前ADDGENE共有質粒122,816種（來自5,499個實驗室），768種病毒（其AAV病毒742種，慢病毒26）種，向全球111個國家進行分發，未來ADDGENE還將開始分發抗體產品，并提供這些抗體在實驗室中應用的一些數據結果，以供全球科學家參考。同時，ADDGENE也建立了AAV病毒的數據共享中心，分享全世界科學家在AAV方面的最近研究結果。

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參考文獻

[1]https://www.nature.com/articles/s41586-023-05870-7

[2]https://www.instrument.com.cn/news/20230330/658254.shtml