提到目前最熱門的基因組編輯工具，非CRISPR/Cas莫屬。今年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究小組聚焦這一領(lǐng)域，在Science、Nature和Cell等雜志上發(fā)表多項(xiàng)重要成果，而生物公司也迅速推出相關(guān)產(chǎn)品。

CRISPR/Cas系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改造，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)哺乳動(dòng)物系統(tǒng)內(nèi)高效可靠的RNA導(dǎo)向基因組修飾，從而大幅提高了基因組編輯以及基因組調(diào)控的方便程度。在新一期的《Nature Methods》雜志上，哈佛大學(xué)的研究人員發(fā)表文章，詳細(xì)介紹了Cas9靶定方法、目前的改造進(jìn)展，并就未來(lái)臨床上的潛在應(yīng)用提出建議。

CRISPR/Cas是細(xì)菌和古細(xì)菌在長(zhǎng)期演化過(guò)程中形成的一種適應(yīng)性免疫防御，可用來(lái)對(duì)抗入侵的病毒及外源DNA。CRISPR/Cas系統(tǒng)通過(guò)將入侵噬菌體和質(zhì)粒DNA的片段整合到CRISPR中，并利用相應(yīng)的CRISPR RNAs（crRNAs）來(lái)指導(dǎo)同源序列的降解，從而提供免疫性。

此系統(tǒng)的工作原理是crRNA（CRISPR-derived RNA）通過(guò)堿基配對(duì)與tracrRNA（trans-activating RNA）結(jié)合形成tracrRNA/crRNA復(fù)合物，此復(fù)合物引導(dǎo)核酸酶Cas9蛋白在與crRNA配對(duì)的序列靶位點(diǎn)剪切雙鏈DNA。而通過(guò)人工設(shè)計(jì)這兩種RNA，可以改造形成具有引導(dǎo)作用的sgRNA（short guide RNA），足以引導(dǎo)Cas9對(duì)DNA的定點(diǎn)切割。

作者認(rèn)為，作為一種RNA導(dǎo)向的dsDNA結(jié)合蛋白，Cas9效應(yīng)物核酸酶是目前已知的第一個(gè)統(tǒng)一因子（unifying factor），能夠共定位RNA、DNA和蛋白，從而擁有巨大的改造潛力。將蛋白與無(wú)核酸酶的Cas9（Cas9 nuclease-null）融合，并表達(dá)適當(dāng)?shù)?SPAN lang=EN-US>sgRNA，可靶定任何dsDNA序列，而RNA可連接到sgRNA的末端，不影響Cas9的結(jié)合。因此，Cas9能在任何dsDNA序列處帶來(lái)任何融合蛋白及RNA，這為生物體的研究和改造帶來(lái)巨大潛力。

例如，轉(zhuǎn)錄主要依靠調(diào)控復(fù)合物的組裝及其與染色質(zhì)的相互作用。讓無(wú)核酸酶的Cas9靶定某些轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)，也許能阻礙這些因子的招募，從而闡明其在轉(zhuǎn)錄中的作用。因此，作者認(rèn)為，Cas9將作為一種靈活的工具，應(yīng)用在多個(gè)方面，包括轉(zhuǎn)錄激活、轉(zhuǎn)錄抑制、表觀遺傳標(biāo)記的調(diào)節(jié)、基因組結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)、sgRNA表達(dá)和定位的控制、基因組編輯等。

作者還展望了Cas9的治療前景。Cas9介導(dǎo)的治療干預(yù)可能有兩條路線。第一是通過(guò)基因組編輯來(lái)糾正遺傳病，并破壞入侵病毒的基因組。第二則是利用無(wú)核酸酶的Cas9融合，以類似于小分子藥物的方式帶來(lái)靶向的基因組調(diào)控。當(dāng)然，這還需要跨過(guò)多個(gè)技術(shù)障礙。