近日，一项发表于《Nature》的突破性研究《Design of highly functional genome editors by modelling CRISPR–Cas sequences》证明：人工智能（AI）可“从零创造”出高性能CRISPR基因编辑蛋白，不仅其编辑活性高于SpCas9，更兼具极低的脱靶效应、低免疫原性，并能兼容碱基编辑能力，展现出高效的综合性能优势，这项成果标志着基因编辑工具开发进入AI驱动的新纪元。

该研究主要由Profluent公司科研团队完成，其核心成果是一款名为OpenCRISPR-1的全新Cas9蛋白。在这项研究中，研究团队首先从26.2 Tb的宏基因组数据中构建了迄今最全面的CRISPR数据库——“CRISPR–Cas Atlas”，包含超过124万个CRISPR基因簇，涵盖38.9万个Class 2系统（如Cas13、Cas12、Cas9等），在稀有家族中序列多样性较现有数据库提升6至8倍，为AI训练提供了坚实基础。

▲AI模型设计并生成多种CRISPR-Cas蛋白序列

基于该数据库，研究人员采用改进的ProGen2语言模型，训练出专用于Cas9序列生成的AI系统。该模型成功设计出数百万条“类Cas9”序列，其中94%属于全新谱系，平均与天然序列差异超过40%。AlphaFold2结构预测显示，这些AI生成蛋白具备完整功能结构域（如HNH、RuvC等），三维构象高度接近天然蛋白，部分序列甚至在自然界中从未被发现。

通过功能验证实验，团队最终从209个候选活性蛋白中筛选出最优蛋白PF-CAS-182，命名为OpenCRISPR-1。实验表明，其在人源HEK293T细胞中的靶向编辑效率达56.4%，显著高于SpCas9的47.1%；脱靶编辑减少95%，PAM识别更严格，特异性更强；同时，其缺乏T细胞表位，免疫原性低，更适用于临床。此外，OpenCRISPR-1还具高效的碱基编辑活性，拓展了其应用潜力。

▲AI设计的基因编辑器性能优越

研究进一步对比了多种设计策略：自然筛选、定向进化与结构导向设计（如LigandMPNN）。结果明确显示，唯有AI模型设计生成的Cas9变体能在无需先验结构信息的前提下，实现活性与特异性的双重突破。

▲OpenCRISPR-1基因编辑器结构

专家指出，这项成果标志着基因编辑从“挖掘自然”迈向“AI创造”的范式转变。未来，AI有望按需定制基因工具——如调控“尺寸”、提高热稳定性、降低免疫原性、提高靶向精度等，有力推动mRNA疗法、AAV基因治疗等精准医疗发展。OpenCRISPR-1不仅是技术突破，更是合成生物学与人工智能深度融合的里程碑。

E.N.D

为促进细胞与基因治疗业内的合作和技术交流，微信公众号“细胞与基因治疗领域”团队组建了细胞基因治疗专业交流群。长按下方二维码，添加小编微信进群。由于申请人数较多，添加微信时请备注：院校/企事业单位名称—专业/职务—姓名。如果您是PI/ 教授/主管及以上职务，还请注明。

往期文章推荐：（点击下方文章题目即可打开原文）

又一款AAV基因药物国内申报上市

国内一基因细胞药物公司启动科创板IPO

全国首个省级《细胞和基因产业促进条例》正式颁布，自2025年10月1日起施行

制药巨头战略调整，终止部分细胞治疗项目，重点布局体内细胞疗法等方向

1000亿NK/单批次，纯度超97%！国产超大规模NK培养技术打破产业困局

国内一基因治疗公司完成新一轮融资，聚焦AAV基因药物方向

Cell | 干细胞治疗新策略

股价单日暴涨近800%！这家基因疗法抗衰公司技术突破后再扩版图

9.3万元/瓶！国内首款上市AAV基因药物定价出炉

细胞工艺新突破！iPSCs产量高达81亿/m²，增强型静态工艺，更高效、更省钱

超21亿美元！科弈药业一款细胞治疗药物出海

递送效率高出1500倍！新型递送技术使RNA药物靶向性大大提高

股价暴涨超700%！一细胞治疗产品取得突破性进展

全球首例！拜耳子公司iPS细胞治疗原发性感光细胞疾病完成首位患者给药

6小时完成CAR-T制备，无化疗清淋，100%缓解且无严重副作用，全球首个三靶点血液瘤CAR-T细胞药物取得里程碑成果

突破AAV载体瓶颈，国内基因治疗又一最新突破性成果发表

iPS细胞技术新突破，生产成本降幅超90%，生产周期缩至3周