CRISPR-Cas9原本是細(xì)菌在漫長的進(jìn)化史中演化出的重要防御機(jī)制。規(guī)律成簇的間隔短回文重復(fù)CRISPR與內(nèi)切酶Cas9的組合，可以在引導(dǎo)RNA的指引下，靶標(biāo)并切割入侵者的遺傳物質(zhì)。 2012年研究者們利用這一特點(diǎn)，將CRISPR系統(tǒng)發(fā)展成了強(qiáng)大的基因組編輯工具。現(xiàn)在CRISPR-Cas9基因組編輯系統(tǒng)的應(yīng)用延伸到了基因敲除、刪除、染色體重排、RNA編輯、全基因組篩選等眾多領(lǐng)域。

用CRISPR/Cas9進(jìn)行遺傳篩選是對基因組進(jìn)行功能分析的有力方法。雖然人們已經(jīng)為人類和鼠類開發(fā)了基因組規(guī)模的CRISPR文庫，但越來越多的研究者希望采用其他CRISPR酶對其他生物的特定基因進(jìn)行研究。此前，他們只能針對目的基因一個個的設(shè)計sgRNA。

德國癌癥研究中心DKFZ的研究團(tuán)隊對此進(jìn)行了深入研究，成功開發(fā)了一個設(shè)計自定義sgRNA文庫的整合性生物信息學(xué)工具，CLD（CRISPR library designer）。這項研究發(fā)表在前不久的Genome Biology雜志上。

據(jù)介紹，CLD軟件適用于所有基因組已注釋的生物，能夠有效設(shè)計自定義的sgRNA文庫，支持經(jīng)過改良的CRISPR酶，可以靶標(biāo)基因組的非編碼區(qū)域。為了證實該軟件的實用性，研究人員用CLD設(shè)計了針對TRAIL通路的自定義文庫，包括12,471個sgRNA。他們在此基礎(chǔ)上進(jìn)行篩選，鑒定了TRAIL通路所有已知的必要元件。

CRISPR篩選可以系統(tǒng)可靠地在不同條件下分析基因重要性。眾所周知，生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)中高度關(guān)聯(lián)的蛋白對于細(xì)胞生存尤為重要。此前人們已經(jīng)通過整合蛋白互作網(wǎng)絡(luò)，改善了RNAi篩選的結(jié)果。這意味著，蛋白互作網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該也能提高CRISPR篩選結(jié)果的質(zhì)量。哈佛大學(xué)Dana-Farber癌癥研究所的劉小樂 (X. Shirley Liu)教授領(lǐng)導(dǎo)研究團(tuán)隊，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了預(yù)測基因重要性的新方法，可以很好的用于CRISPR篩選等功能基因組實驗。

缺乏設(shè)計引導(dǎo)RNA（sgRNA）的有效生物信息學(xué)工具，是CRISPR/Cas9應(yīng)用面臨的一大問題。為了解決這一迫切的需要，華盛頓大學(xué)的王小偉（Xiaowei Wang）博士領(lǐng)導(dǎo)研究團(tuán)隊揭示了功能性引導(dǎo)RNA的特點(diǎn)，為人們提供了設(shè)計引導(dǎo)RNA的新工具。他們對CRISPR RNA-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，鑒定了許多代表高效sgRNA的新特征。研究人員此基礎(chǔ)上開發(fā)的生物信息學(xué)工具，可以幫助研究者們設(shè)計更加有效的sgRNA。

想必現(xiàn)在已經(jīng)沒有哪個分子生物學(xué)家還未聽過CRISPR的大名。然而大部分人可能還不清楚這一革命到底是如何發(fā)生的。與過程相比，做科研的人似乎更注重結(jié)果。一旦某個事實被牢固地建立起來，背后的曲折路徑就顯得不那么重要了。著名遺傳學(xué)家、美國科學(xué)院院士Eric S. Lander教授卻不這么看。他認(rèn)為，了解科研進(jìn)展背后的人和事能讓我們獲益良多。對于邁入科研門檻不久的學(xué)生來說，對科學(xué)發(fā)現(xiàn)有一個真實的概念特別重要，不僅有重要的指導(dǎo)意義還能帶來關(guān)鍵性的啟發(fā)。為此，Lander教授花幾個月的時間完成了這篇文章，并將其發(fā)表在本期的Cell雜志上。