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在基因编辑技术飞速发展的今天，寻找更小巧、高效且精准的“分子剪刀”始终是科研人员努力的方向。近年来，继CRISPR-Cas9与Cas12a等工具被广泛应用之后，开发新一代Cas蛋白逐渐成为研究热点。
CRISPR-Cas系统自问世以来，已广泛应用于生物医药与农业育种。尽管Cas9和Cas12a被广泛使用，它们仍存在蛋白尺寸大、PAM限制严格、脱靶风险高等局限。Cas12i属于V-I型CRISPR系统，蛋白尺寸较小，理论上更易递送，具备成为下一代编辑工具的潜力。然而，天然Cas12i3在哺乳动物细胞中编辑活性低，限制了其应用。因此，如何通过结构引导的理性设计提升其效率、拓宽PAM识别范围并增强特异性，成为本研究的关键目标。
为应对上述挑战， 南科大朱健康院士团队成功将“冷门”的Cas12i3改造为“全能选手”Cas-SF01。该变体在动物和植物中均实现了高效编辑，其效率甚至超越了SpCas9。5张核心结果图带你3分钟看懂它怎么练成。
大海捞针，锁定关键突变
研究团队首先利用AlphaFold预测Cas12i3蛋白结构，并借鉴其家族成员Cas12i2，锁定了可能与核酸相互作用的关键氨基酸位点。他们构建了超过150个单一位点精氨酸（R）替换的突变体文库。通过在CHO细胞中表达这些突变体并靶向FUT8基因，结合FACS分选和高通量测序，筛选出8个编辑效率显著提升的单突变体，为后续组合优化奠定了基础。
图1 筛选出提高Cas12i3基因编辑活性的单氨基酸替换突变体
关键结论：
Cas12i3天然活性低，仅约30%。
单点突变可显著提升活性，最高提升3倍以上。
关键活性位点集中在PAM识别区和DNA结合区。
组合优化，打造超级编辑器
在获得高效单突变体后，研究团队采用两步组合策略。他们将位于PAM识别区（如S7R, D233R）和靶DNA结合区（如N369R, S433R）的突变进行组合测试。利用EGxxFP报告系统（切割后恢复荧光），最终发现包含S7R/D233R/D267R/N369R/S433R五个突变的组合体编辑效率最高，将其命名为Cas-SF01，其效率远超野生型Cas12i3。
图2 通过两步组合策略构建Cas-SF01
关键结论：
组合突变策略显著提升活性。
Cas-SF01在哺乳动物细胞中活性是野生型的3倍以上。
成为目前活性最高的Cas12i变体之一。
性能卓越，PAM识别范围更广
Cas-SF01的实战表现如何？研究显示，其在内源基因TTR上的编辑效率是野生型的3倍。与SpCas9、AsCas12a Ultra及hfCas12Max等主流工具对比，Cas-SF01在多个靶点平均编辑效率高达80%，表现更优。更惊喜的是，它不仅能识别经典的NTTN PAM，还能高效识别非经典的NATN和TTVN PAM，大大拓展了可编辑的基因组范围。
图3 Cas-SF01具有更高的编辑效率和更广的PAM识别范围
关键结论：
Cas-SF01平均indel率达80%，优于其他Cas系统。
可识别非经典PAM（如NATN、TTVN），靶向范围更广。
编辑产物以缺失为主，适合功能敲除研究。
精准高效，开发高保真版本
高效的同时，特异性如何？GUIDE-seq是本研究评估Cas-SF01全基因组脱靶风险的“金标准”，结果表明，Cas-SF01本身已具有极低的脱靶效应。为进一步提升保真度，团队在RuvC功能域进行突变筛选，发现D876R突变能显著降低错配容忍度，而几乎不损失活性。由此开发的Cas-SF01HiFi版本，在保持高编辑效率的同时，脱靶率进一步降低，实现了效率与安全性的完美平衡。
图4 Cas-SF01和Cas-SF01HiFi特异性分析
关键结论：
Cas-SF01脱靶率极低，优于SpCas9。
Cas-SF01HiFi在保持高活性的同时，显著降低脱靶风险。
适用于对特异性要求极高的基因治疗研究。
通用于动植物，应用前景广阔
Cas-SF01的威力不仅限于细胞。在小鼠体内，通过LNP递送mRNA和crRNA，Cas-SF01在肝脏实现了约34%的编辑效率，并显著降低血清TTR蛋白水平，效果媲美SpCas9。在植物方面，Cas-SF01在水稻、辣椒和大豆中的编辑效率均远超野生型Cas12i3，甚至在辣椒和大豆中，野生型完全无活性，而Cas-SF01实现了高效编辑，彰显其在农业育种中的巨大潜力。
图5 Cas-SF01在动物和植物中均实现高效基因编辑
关键结论：
小鼠体内通过LNP递送，Cas-SF01编辑效率达34%，血清TTR蛋白下降约70%。
水稻中编辑效率达77%，约为野生型的5倍。
在辣椒和大豆中，Cas-SF01表现出显著优于Cas9的编辑能力。
Cas-SF01的成功开发，不仅解决了天然Cas12i3活性低的问题，更展现出高效、广谱、小尺寸、宽PAM、高保真等综合优势。其具备的pre-crRNA自加工能力也为多基因编辑提供了可能。研究团队所采用的“结构预测→关键位点识别→精氨酸突变筛选→组合优化”工程化路径，也为其他低活性Cas蛋白的改造提供了可复制的范式。
未来，团队将进一步推动Cas-SF01在更多物种中的应用，开发其碱基编辑、先导编辑等衍生工具，并探索其在基因治疗和农业育种中的长期安全性与递送优化。
作为CRISPR技术创新的紧密追随者与推动者，舒桐科技已率先完成对Cas-SF01及同类新型编辑工具的深度解析与平台化整合。我们深刻理解从工具开发到成功应用的全流程挑战，并据此搭建了成熟的一站式基因编辑平台，可为您提供覆盖完整工作流的专业服务，包括：
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