Nature：当CRISPR技术遇上光

　　

生物通报道  3月7日，Nature网站发表了一篇题为“CRISPR: gene editing is just the beginning”的文章，在这一长篇新闻特稿中Nature指出基因编辑只是CRISPR技术应用的一个起点，这一生物工具的真正能力在于探索基因组的运作机制。并为我们介绍了近年发布在Nature、Science、Cell三大顶级期刊及子刊上那些重大的CRISPR技术成果及应用。

上接：Nature：利用CRISPR破解基因组密码

CRISPR看见光

杜克大学生工程学家Charles Gersbach的实验室正利用基因编辑工具作为一项研究努力的组成部分，来了解细胞命运及操控它的方式：该研究小组希望有一天能在培养皿中培养出可用于药物筛查和细胞治疗的组织。但CRISPR–Cas9的效应是永久性的，Gersbach研究小组需要在组织中非常特异的位点短暂地开启和关闭基因。“仿造血管需要高度的控制，”他说。

Gersbach和同事们拿来了他们打碎、改造了的剪刀——现在可以激活基因的Cas9，并添加入蓝光激活的蛋白。当将细胞暴露于光线下时，生成的系统会触发基因表达，而当关闭光线时会停止基因表达（Nature子刊发布光诱导CRISPR新技术，A light-inducible CRISPR-Cas9 system for control of endogenous gene activation.Nat Chem Biol. 2015 Mar;11(3):198-200. doi: 10.1038/nchembio.1753. Epub 2015 Feb 9.）。由东京大学化学生物学家Moritoshi Sato领导的一个研究小组操控了一个类似的系统（3篇权威：光激活的CRISPR-Cas9系统 ，CRISPR-Cas9-based Photoactivatable Transcription System. Chem. Biol.doi:10.1016/j.chembiol.2014.12.011），并制造出了一种只在蓝光照射后编辑基因组的活化Cas9（Nature技术突破：光控CRISPR-Cas9系统,Photoactivatable CRISPR-Cas9 for optogenetic genome editing.Nature Biotechnology 33, 755–760 (2015) doi:10.1038/nbt.3245）。

其他的研究人员也通过组合CRISPR与一种化学开关获得了相似的结果。Weill Cornell医学院的癌症遗传学家Lukas Dow希望突变成体小鼠体内的一些癌症相关基因，生成在人类大肠癌中发现的一些突变。他的研究小组设计出了一种CRISPR–Cas9系统，通过给予一次剂量的化合物：强力霉素（doxycycline）激活Cas9，来让它切割靶标。

这些工具是朝着精细控制基因组编辑迈出的又一步。Gersbach研究小组还没有仿造出它的血管，研究人员现正在致力让他们的光诱导系统更高效。“这是第一代工具，”Gersbach说。

CRISPR建模

癌症研究人员薛文（Wen Xue，音译）在他五年的博士后生涯中构建出了一种特殊的转基因小鼠，其携带着存在于某些人类肝癌中的一种突变。他埋头苦干，制造出了基因打靶必需的工具，将它们注入到胚胎干细胞中，试图获得携带这种突变的小鼠。其耗费了一年的时间和2万美元。“它是疾病基因研究中的一个限速步骤，”他说。

几年后，当他正打算着手开展另一个转基因小鼠实验时，他的导师建议他试试CRISPR–Cas9。这次，薛文只是订购了这些工具将它们注入到单细胞小鼠胚胎中，几周后——薛文说：“哇，我们在一个月内就获得了这种小鼠。我真希望早能拥有这一技术。那我攻读博士后的时间会短好多。”

从癌症到神经退行性疾病，从事一切研究的科研人员都在采用CRISPR-Cas9来构建动物疾病模型。CRISPR-Cas9可以让他们以更复杂的方式，在更广泛的物种中改造更多的动物。现在麻省大学医学院经营自己实验室的薛文，正在系统地筛查来自肿瘤基因组的数据，利用CRISPR–Cas9在培养细胞和动物中建立突变模型。

一些研究人员希望混合搭配新的CRISPR–Cas9工具来精确操控动物模型中的基因组和表观基因组。Dow说：“最有用的就是整合这些系统。”这或许可以让科学家们捕捉到及理解常见人类疾病的一些复杂性。

拿肿瘤来说，它可以携带着数十个突变，这些突变有可能都促进了癌症发生发展。Dow说：“就建立肿瘤模型来说它们或许并非都很重要。很明显，你将需要两个、三个或四个突变来真实地建立侵袭性疾病模型，更进一步地模拟人类癌症。”将所有这些突变导入到小鼠中，这种过时的方法将会是费钱且费时的。

生物工程师Patrick Hsu于2015年在Salk生物研究所创立了他的实验室；他的目的是利用基因编辑来在细胞培养物和绒猴中建立阿尔茨海默氏症和帕金森病等一些神经退行性疾病的模型。相比于小鼠模型，这些模型可以更有效地重演人类行为和疾病进展，但在CRISPR–Cas9出现前一直相当的昂贵且费时。

当他设计实验遗传改造他的第一批CRISPR–Cas9绒猴时，Hsu认识到这一方法或许是走入下一步的一个垫脚石。“技术来来往往，你不能终身借助一种技术。你要常常思考需要去解决什么生物学问题。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

CRISPR: gene editing is just the beginning

Whenever a paper about CRISPR–Cas9 hits the press, the staff at Addgene quickly find out. The non-profit company is where study authors often deposit molecular tools that they used in their work, and where other scientists immediately turn to get them. It is also where other scientists immediately turn to get their hands on these reagents. “We get calls within minutes of a hot paper publishing,” says Joanne Kamens, executive director of the company in Cambridge, Massachusetts.