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古生菌和細(xì)菌的CRISPR/Cas系統(tǒng)保護(hù)它們的宿主免受噬菌體和其他的可移動(dòng)遺傳元件的影響。根據(jù)最新的分類標(biāo)準(zhǔn)，CRISPR/Cas系統(tǒng)可分為兩大類：第1類CRISPR/Cas系統(tǒng)和第2類CRISPR/Cas系統(tǒng)。

第1類CRISPR/Cas系統(tǒng)分為I型CRISPR/Cas系統(tǒng)（標(biāo)簽基因?yàn)镃as3）、III型CRISPR/Cas系統(tǒng)（標(biāo)簽基因?yàn)镃as10）和IV型CRISPR/Cas系統(tǒng)（標(biāo)簽基因?yàn)镃sf1）。I型CRISPR/Cas系統(tǒng)可進(jìn)一步分為I-A（標(biāo)簽基因?yàn)镃as8a, Cas5）、I-B（標(biāo)簽基因?yàn)镃as8b）、I-C（標(biāo)簽基因?yàn)镃as8c）、I-D（標(biāo)簽基因?yàn)镃as10d）、I-E（標(biāo)簽基因?yàn)镃se1, Cse2）、I-F（標(biāo)簽基因?yàn)镃sy1, Csy2和Csy3）、I-U（標(biāo)簽基因?yàn)镚SU0054）；III型CRISPR/Cas系統(tǒng)可進(jìn)一步分為III-A（標(biāo)簽基因?yàn)镃sm2） 、III-B（標(biāo)簽基因?yàn)镃mr5、III-C（標(biāo)簽基因?yàn)镃as10或Csx11）、III-D（標(biāo)簽基因?yàn)镃sx10）；IV型CRISPR/Cas系統(tǒng)可進(jìn)一步分為IV-A和IV-B。

第2類CRISPR/Cas系統(tǒng)分為II型CRISPR/Cas系統(tǒng)，它的標(biāo)簽基因?yàn)镃as9；V型CRISPR/Cas系統(tǒng)，它的標(biāo)簽基因?yàn)镃as12a（之前稱為Cpf1）、Cas12b（之前稱為C2c1）和Cas12c（之前稱為C2c3）；VI型CRISPR/Cas系統(tǒng)，它的標(biāo)簽基因?yàn)镃as13a（之前稱為C2c2）、Cas13b和Cas13c。II型CRISPR/Cas系統(tǒng)可進(jìn)一步分為II-A（標(biāo)簽基因?yàn)镃sn2）、IIB（標(biāo)簽基因?yàn)镃as4）和IIC（不存在Csn2和Cas4），V型CRISPR/Cas系統(tǒng)可進(jìn)一步分為V-A（標(biāo)簽基因?yàn)镃as12a）、V-B（標(biāo)簽基因?yàn)镃as12b）、V-C（標(biāo)簽基因?yàn)镃as12c）和V-U（標(biāo)簽基因?yàn)門npB-like）。VI型CRISPR/Cas系統(tǒng)可進(jìn)一步分為VI-A（標(biāo)簽基因?yàn)镃as13a）和VI-B（標(biāo)簽基因?yàn)镃as13b）。

圖片來自Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.12.038。

在表達(dá)時(shí)，I型CRISPR/Cas系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生三個(gè)部分：Cas3、Cascade復(fù)合物（由Cse1、Cse2、Cas7、Cas5和Case6e組成）和pre-crRNA，隨后pre-crRNA通過Cascade復(fù)合物中的Case6e進(jìn)行剪切加工獲得成熟的crRNA，并且成熟的crRNA會(huì)繼續(xù)結(jié)合到Cascade復(fù)合物上發(fā)揮作用。 目前最為常用的CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas12a系統(tǒng)分別屬于II型CRISPR/Cas系統(tǒng)和V-A型CRISPR/Cas系統(tǒng)。Cas12a（之前稱為Cpf1）是一種CRISPR相關(guān)核酸酶，與Cas9核酸酶存在著較為密切的關(guān)系。如今，Cas12a和Cas9廣泛地用于合成基因組工程、農(nóng)業(yè)基因組學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

然而，可移動(dòng)遺傳元件也會(huì)編碼多種抗CRISPR（anti-CRISPR, Acr）蛋白來抑制CRISPR/Cas系統(tǒng)的功能。迄今為止，人們已發(fā)現(xiàn)抵抗I型CRISPR/Cas系統(tǒng)（I-D，I-E和I-F）和II型CRISPR/Cas系統(tǒng)（II-A和II-C）的Acr蛋白，比如發(fā)現(xiàn)抑制Cas9、Cas3或與DNA結(jié)合的Cascade復(fù)合物的Acr蛋白，但是從未在CRISPR/Cas12a等其他的CRISPR系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)這樣的Acr蛋白。

在兩項(xiàng)新的研究中，兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)利用生物信息學(xué)方法鑒定出阻斷Cas12a的抑制蛋白。盡管過去的研究已鑒定出幾種阻斷Cas9的抑制劑，但是這些抑制Cas12a的蛋白是迄今為止已知的首批阻斷Cas12a的蛋白。相關(guān)研究結(jié)果于2018年9月6日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題分別為“Systematic discovery of natural CRISPR-Cas12a inhibitors”和“Discovery of widespread Type I and Type V CRISPR-Cas inhibitors”。

在第一項(xiàng)新的研究中，來自美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的研究人員利用一種全面的生物學(xué)信息學(xué)和實(shí)驗(yàn)篩選方法鑒定出三種阻斷或減少在人細(xì)胞中進(jìn)行CRISPR/Cas12a介導(dǎo)的基因組編輯的抑制劑。他們還發(fā)現(xiàn)CRISPR自我靶向和抑制劑出現(xiàn)率在原核生物基因組中存在廣泛的關(guān)聯(lián)性，這提示著一種從微生物世界中發(fā)現(xiàn)更多的Acr蛋白的直接途徑。

在第二項(xiàng)新的研究中，來自美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校、麻省總醫(yī)院和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了12個(gè)Acr基因，這些基因編碼的Acr蛋白包括抑制V-A型CRISPR/Cas系統(tǒng)和I-C型CRISPR/Cas系統(tǒng)的蛋白，如AcrVA1。

值得注意的是，當(dāng)在人細(xì)胞中進(jìn)行測(cè)試時(shí)，AcrVA1最為有效地抑制Cas12a的一系列直向同源物，包括MbCas12a、Mb3Cas12a、AsCas12a和LbCas12a。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)的這12個(gè)Acr基因提供了有用的對(duì)CRISPR基因編輯進(jìn)行控制的生物技術(shù)工具。

這兩項(xiàng)研究中采用的策略能夠鑒定出很多廣泛存在的Acr蛋白，它們可能在未來的抗CRISPR發(fā)現(xiàn)中是非常有用的。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

Kyle E. Watters1, Christof Fellmann1,2, Hua B. Bai et al. Systematic discovery of natural CRISPR-Cas12a inhibitors. Science, Published Online: 06 Sep 2018, doi:10.1126/science.aau5138.

Nicole D. Marino1,*, Jenny Y. Zhang1,*, Adair L. Borges et al. Discovery of widespread Type I and Type V CRISPR-Cas inhibitors. Science, Published Online: 06 Sep 2018, doi:10.1126/science.aau5174.

原標(biāo)題：重磅！兩篇Science首次發(fā)現(xiàn)阻斷CRISPR/Cas12a的抗CRISPR蛋白