細(xì)菌和古生菌一直在與入侵者做斗爭，為此它們演化出了多種防御機制，CRISPR-Cas適應(yīng)性免疫系統(tǒng)就是其中之一。Cas1-Cas2蛋白復(fù)合體會捕獲30–40bp的外源DNA，將它們整合到CRISPR的間隔區(qū)，形成自己的免疫記憶。如果這種外源DNA再次入侵，細(xì)菌就能夠及時將其剪切，從而保護(hù)自身安全。

加州大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊前不久在Molecular Cell雜志上發(fā)表文章，揭示了CRISPR介導(dǎo)免疫記憶的一個重要機制。這篇文章的通訊作者是著名CRISPR先驅(qū)Jennifer A. Doudna。Doudna教授是CRISPR技術(shù)的共同開發(fā)者，曾因這一技術(shù)獲得了“生命科學(xué)突破獎”（Breakthrough Prize），是CRISPR專利的有力競爭者。

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，將CRISPR系統(tǒng)發(fā)展成了強大的基因組編輯工具。該系統(tǒng)使用簡單而且擴(kuò)展性強，很快便成為了生物學(xué)領(lǐng)域的香餑餑。

已知CRISPR-Cas的外源序列插入受到嚴(yán)格調(diào)控，整合在CRISPR前導(dǎo)序列（富含AT）的末尾。Doudna及其同事發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌E. coli獲取外源序列需要蛋白IHF（integration host factor）。IHF結(jié)合前導(dǎo)序列并且誘導(dǎo)DNA彎曲，允許Cas1-Cas2整合酶催化外源序列插入。這項研究表明，CRISPR前導(dǎo)序列在外源序列捕獲中起到了重要的作用。

加州大學(xué)伯克利分校以Jennifer A Doudna為首的研究團(tuán)隊取得了諸多令人側(cè)目的CRISPR研究成果。去年十月，Doudna及其同事在Nature雜志上發(fā)表文章指出，Cas9 的HNH核酸酶結(jié)構(gòu)域構(gòu)象狀態(tài)直接控制了DNA切割活性。他們通過分子內(nèi)熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）實驗，鑒定了HNH核酸酶結(jié)構(gòu)域的一種激活構(gòu)象。研究還證實，一個α-螺旋將HNH的構(gòu)象改變傳達(dá)給RuvC結(jié)構(gòu)域，激活它實現(xiàn)DNA切割。

今年年初，Doudna團(tuán)隊揭示了CRISPR-Cas9準(zhǔn)備剪切DNA時的關(guān)鍵分子結(jié)構(gòu)。在CRISPR-Cas系統(tǒng)中，Cas蛋白與小CRISPR RNA（crRNA）形成復(fù)合體，切割與RNA互補的外源DNA。R-loop是I型和 II型CRISPR-Cas的一個典型特征，基因組編輯常用的sgRNA就會和Cas9形成R-loop。為了闡明R-loop的作用，研究人員通過冷凍電鏡獲得了釀膿鏈球菌Cas9 R-loop的高分辨率結(jié)構(gòu)。

四月份，Doudna團(tuán)隊在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了一種CRISPR相關(guān)的非經(jīng)典Argonaute。Argonaute蛋白是真核生物RNAi的關(guān)鍵效應(yīng)子，它也參與了原核生物的基因組防御。Doudna及其同事證實，CRISPR相關(guān)Argonaute具有與眾不同的特異性。