CRISPR從最初的細菌體內(nèi)“免疫機制”已經(jīng)被人類廣泛應用在基因編輯領域，它是糾正基因突變、解決器官異種移植關鍵難題、治療疑難雜癥等領域的“寵兒”，在科研領域更是無人不知、無人不曉。但一向被稱為“魔剪”的CRISPR技術也存在剪切瓶頸。目前在大多數(shù)情況下，CRISPR-Cas工具一次只能編輯一個基因，少數(shù)情況能同時修改2-3個甚至更多的基因，但是大規(guī)模的編輯幾乎是“夢里看花”。

近日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院（ETH）的研究團隊突破瓶頸，帶來CRISPR-Cas技術革命性突破——實現(xiàn)同時對細胞內(nèi)基因的25個靶點進行編輯，甚至理論上能進一步增加到數(shù)百個基因。相關研究結(jié)果發(fā)表在《Nature Methods》雜志上。

https://doi.org/10.1038/s41592-019-0508-6

該研究領導者Randall Platt教授說：“感謝這個新工具，讓我們和其他科學家實現(xiàn)過去夢寐以求的目標。”值得關注的是，Platt教授曾經(jīng)是“CRISPR先驅(qū)”張鋒實驗室的博士后研究員，2016年底開始組建自己的實驗室。當真是“青出于藍而勝于藍”啊。

真•魔剪

通常CRISPR-Cas技術需要一種稱為Cas的酶和一個小RNA分子。小RNA分子的堿基序列就像一個“地址標簽”，將酶精確地指向染色體上的指定作用位點，因此稱為“向?qū)NA”，而使用的酶也幾乎是Cas9酶。但是之前也講了，Cas9酶一次只能編輯一個基因。于是研究人員改用了鮮為人知的Cas12a酶。“Cas12a不僅可以編輯基因，還可以把長長的‘RNA地址列表’同時切成一個個‘地址標簽’。此外，Cas12a可以處理比Cas9更短的RNA地址分子。這些尋址序列越短，它們就越適合質(zhì)粒。”Platt解釋說。

研究團隊利用Cas12a酶建立了一個特別的質(zhì)粒，把Cas酶的編碼藍圖和多個RNA地址分子按順序依次保存在這個環(huán)狀DNA分子中。換言之，這個質(zhì)粒里面容納的不是一個地址而是一個地址列表，那么之后它就會有更多個“地址標簽”，由此可以實現(xiàn)多靶點同時切割。

隨后，研究人員把這個特別的質(zhì)粒轉(zhuǎn)入到人體細胞中進行結(jié)果測試。實驗結(jié)果不負眾望：細胞內(nèi)有25個靶點同時被修飾、調(diào)節(jié)！Platt教授對此結(jié)果表示，理論上該數(shù)字能進一步提高，甚至增加到數(shù)百個基因。

重大意義

細胞中的基因和蛋白質(zhì)以許多不同的方式相互作用。由此產(chǎn)生的包含許多基因的網(wǎng)絡確保了生物體的細胞多樣性。例如，它們負責將祖細胞分化為神經(jīng)元細胞和免疫細胞。“我們的方法使我們第一次能夠在一個步驟中系統(tǒng)地修改整個基因網(wǎng)絡，”Platt教授說。

此外，它還為復雜的大規(guī)模細胞編程鋪平了道路——可以用來增加某些基因的活性，同時降低其他基因的活性。這種活動變化的時間也可以精確控制。

該項突破對基礎研究也意義深遠。比如說，為什么各種類型的細胞表現(xiàn)不同，此外它還適用于研究復雜的遺傳疾病以及細胞替代療法的有效性。

參考資料：

[1] Revolutionising the CRISPR method

[2] Multiplexed genome engineering by Cas12a and CRISPR arrays encoded on single transcripts

原標題：張鋒實驗室出“牛人”：CRISPR革命性突破，實現(xiàn)同時編輯數(shù)十個基因