2014值得关注的技术：CRISPR和基因组编辑

2013年末，《Nature Methods》杂志将年度技术授予了单细胞测序（single-cell sequencing）。同时，杂志还介绍了2014年值得关注的技术，包括CRISPR和基因组编辑、神经学工具、原位测序、单粒子低温电子显微镜等。

早在两年前，《Nature Methods》就将年度技术颁给了基因组编辑技术，理由是这种技术能通过在某些物种基因组中进行靶向特异性的突变，从而解答并提出更多精确的生物学问题。CRISPR（规律成簇的间隔短回文重复）无疑是这一领域的新生力量，也再次掀起了基因组编辑的热潮。

向导RNA/Cas9核酸酶复合物克服了以往工具的某些限制。向导RNA很容易设计，让Cas9蛋白靶定基因组中几乎任何想要的区域。Cas9作为核酸酶或切口酶，在DNA上诱导断裂，随后用于基因敲除、标签插入或基因替换。事实上，Cas9的潜力远远不止DNA切割。

在《Nature Methods》10月刊上，哈佛大学的研究人员发表文章称，作为一种RNA导向的dsDNA结合蛋白，Cas9效应物核酸酶是目前已知的第一个统一因子（unifying factor），能够共定位RNA、DNA和蛋白，从而拥有巨大的改造潜力。1 在他们看来，这种工具有望扩展，在复杂的表观基因组上引入定制变化。

两个研究小组最近也利用更为成熟的TALE来修饰表观基因组。霍华德•休斯医学研究所的Bradley Bernstein及其同事就利用去甲基化酶/去乙酰化酶复合物来靶定增强子中的组蛋白标记，以探索它们在转录中的作用。2 而麻省理工学院的Feng Zhang博士则将TALE与光诱导系统相融合，来靶定组蛋白修饰酶，以改变表观遗传修饰。3

尽管这些方法很有前途，但TALE的定位比CRISPR/Cas9系统更为繁琐。将Cas9与任何选定的酶相融合，我们不仅可改变组蛋白修饰，从而改变染色质状态，还能影响DNA甲基化，实现全新的细胞功能调控。

然而，CRISPR/Cas9系统的特异性仍存在问题。向导RNA序列比ZFN或TALEN所靶定的大部分序列更短，这意味着脱靶效应的几率更高。近期发表的一些文章也证明了脱靶效应是真实存在的。

《Nature Methods》编辑Nicole Rusk认为，CRISPR是否能被精心打造成编辑表观基因组的手术刀，而不必担心脱靶效应，这在不久的将来就会清楚。（生物通 余亮）

相关文献：
1. Mali P, Esvelt KM, Church GM. Cas9 as a versatile tool for engineering biology. Nat Methods. 2013 Oct;10(10):957-63.

2. Mendenhall EM, Williamson KE et al. Locus-specific editing of histone modifications at endogenous enhancers. Nat Biotechnol. 2013 Dec;31(12):1133-6.

3. Konermann S, Brigham MD, et al. Optical control of mammalian endogenous transcription and epigenetic states. Nature. 2013 Aug 22;500(7463):472-6.