PNAS追溯CRISPR技术的前世今生

　　

生物通报道：就在几年前，如果分子生物学想要改变目标生物体的基因组，那还是一件十分困难的事，需要花费数周的时间进行多个实验尝试。然而今天，科学家们能快速的沉默或者编辑一个基因，因为他们有了这种称为成簇规律间隔的短回文重复DNA碱基序列的CRISPR新技术。

前文：与PCR技术可媲美的明星技术：CRISPR

之后CRISPRs 引起了许多微生物学家的兴趣，Jennifer Doudna指出，到2012年她的研究组与来自瑞典于默奥大学的Emmanuelle Charpentier合作，发现他们能将crRNA 和 tracrRNA整合到一个单独的人工导向RNA中，这样就能用于在靶标序列靶向DNA沉默酶。

Doudna被称为CRISP技术“女神”，她回忆道”我们意识到可以利用这个切断DNA……，启动修复。”这令人兴奋，“我感到我寒毛都要倒立起来了，”她说。

Doudna 最初实验是在试管中进行，而不是活细胞，但是在一年之后，另外两个实验室证明了CRISPR/Cas9 能编辑培养小鼠与人体细胞的基因组。

遗传工程学家们曾设计过类似的系统，但是这需要科学家们在每个新靶向序列实验中都要先组装一个蛋白，这是一个繁琐的过程。“CRISPR腾空出现，现在只要订一个核苷酸，就能在基因组中完成你想要的任何改变，”来自明尼苏达大学基因工程中心的Dan Voytas说，他研发了基于蛋白的系统。

科学家可以同时改变一个基因或多个基因，分析这对生物机体造成的影响。而且研究人员也能改变Cas9酶，完成其它工作。比如说一组研究人员发现在不同的调控功能元件的效应位点，加入dCas9，能促进其稳定和有效转录的抑制或激活，这一点在人类和酵母细胞中都得到了证实。同时将dCas9耦合到转录抑制结构域还能极大的增强多个内源性基因的表达沉默。此外研究人员还利用RNA-seq分析表明，CRISPR干扰（CRISPRi）介导的转录抑制特异性很高。

同时不少公司开始提出利用CRISPR/Cas9 修复疾病基因，这种工具比其它基因疗法“更精确”，来自哈佛大学的George Church 说。

举例来说，研究人员尝试通过CRISPR/Cas9 基因组编辑系统，针对几个人类细胞系，比如小胶质细胞和T细胞进行了研究，从这些细胞中去除了HIV病毒。他们靶向的是病毒的5'和3'末端，也就是长末端重复序列（LTRs），这样整个病毒基因组都被删除了。而去年的一项研究则利用基因组编辑技术首次成功地把艾滋病病毒从培养的人类细胞中彻底清除。

此外研究人员还设计出了三条引导RNA链来靶向靠近突变的不同DNA序列，编码FAH酶的基因发生这一突变可引起酪氨酸血症I型。每10万人中即有一人受累于这一疾病，罹患酪氨酸血症I型的患者无法分解酪氨酸，会造成酪氨酸累积，导致肝衰竭。当前的治疗包括低蛋白饮食以及一种破坏酪氨酸生成的药物NTCB。

农业领域也从CRISPR/Cas9技术获益，Voytas说。他和其他人都认为CRISPR/Cas9 也许能以一种不激起公众反对的方式，培育转基因作物。

但是在人体内使用CRISPR/Cas9 之前，科学家们仍然需要谨慎再谨慎，因为如果修复酶不遵从模版，那么就会在无需修改的地方黏贴DNA。而且Cas9酶也有可能会错切DNA，导致癌症的发生。

（生物通：张迪）