Science綜述：CRISPR-Cas9系統的歷史和未來(lái)

用RNA指導的CRISPR-Cas9系統的動(dòng)物和植物基因組工程，正在改變著(zhù)生物學(xué)。與其他基因工程工具相比，這種技術(shù)更容易使用，并且更有效，因此，在其發(fā)現后的短短幾年內，就已經(jīng)被應用于世界各地的實(shí)驗室。2014年11月28日，著(zhù)名的《Science》雜志發(fā)表綜述文章，描述了這種系統的快速采用和發(fā)展歷史。這篇綜述是由CRISPR-Cas9系統的發(fā)明者、亥姆霍茲感染研究中心（HZI）教授、德國漢諾威醫學(xué)院和Ume? 大學(xué)的Emmanuelle Charpentier博士和美國加州大學(xué)伯克利分校的Jennifer Doudna教授共同撰寫(xiě)。

許多疾病是由一個(gè)人DNA（組成基因的字母編碼）的改變造成。一個(gè)基因中確定的字母順序通常編碼一種蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是人體的“勞動(dòng)力”，負責保持身體運轉所需的幾乎所有過(guò)程。當一個(gè)基因發(fā)生改變，其蛋白質(zhì)產(chǎn)物可能就失去其正常功能，可能會(huì )導致疾病。HZI研究部門(mén)“Regulation in Infection Biology”主任Emmanuelle Charpentier教授指出：“因此，對基因組做出位點(diǎn)特異性改變，是阻止或治療這些疾病一種有趣的方法?！币虼?，自從DNA結構被發(fā)現以來(lái)，研究人員一直都在尋找一種方式來(lái)替換遺傳密碼。

第一種技術(shù)，如鋅指核酸酶和合成核酸，稱(chēng)為T(mén)ALENs，是一個(gè)起點(diǎn)，但是被證明比較昂貴，對于初學(xué)者比較難以操作。Charpentier說(shuō)：“現有的技術(shù)都依賴(lài)于蛋白質(zhì)作為地址標簽，為任何新變化定制新蛋白以引入DNA，是一個(gè)繁瑣的過(guò)程?！痹?012年，她在Ume?大學(xué)工作的時(shí)候，描述了現在正在徹底改變基因工程的技術(shù)：CRISPR-Cas9系統。

這種系統基于細菌和古細菌的免疫系統，但是在實(shí)驗室也是有價(jià)值的。CRISPR是成簇的規律間隔的短回文重復序列，而Cas僅僅代表CRISPR相關(guān)的蛋白質(zhì)。Charpentier說(shuō)：“最初，我們發(fā)現了一種新的RNA，即tracrRNA，與CRISPR-Cas9系統相關(guān)，相關(guān)研究結果我們于2011年發(fā)表在Nature雜志。我感到興奮的是，我實(shí)驗室的Krzysztof Chylinski隨后證實(shí)了一個(gè)長(cháng)期的想法：Cas9是與兩種RNA一起使用的一種酶?！?/p>

同時(shí)，該系統具有檢測遺傳編碼內特定字母序列以及在特定位置切割DNA的能力。在這一過(guò)程中，Cas9蛋白起剪刀的作用，RNA小片段起地址標簽的作用，確保切割發(fā)生在正確的位置。通過(guò)與Martin Jinek和Jennifer Doudna合作，該系統可以被簡(jiǎn)化，將其用作一種通用的技術(shù)?，F在，用戶(hù)只需要更換此RNA的序列，就能靶定基因組中幾乎任何的序列。

在2012年描述CRISPR-Cas9的一般能力之后，在2013年初，有研究表明它能夠像在細菌中那樣，有效地作用于人類(lèi)細胞。從那時(shí)起，來(lái)自世界各地的研究人員一直都大肆炒作這個(gè)新的研究領(lǐng)域，提出這種新工具可以用于許多新的領(lǐng)域?？赡艿膽冒ǎ簭拈_(kāi)發(fā)基因突變所致遺傳疾病的新療法，到改變未來(lái)農業(yè)研究的步伐和過(guò)程，一直到開(kāi)發(fā)可能的新方法抗擊艾滋病毒HIV,用CRISPR編輯HPV基因殺死宮頸癌細胞。

Charpentier表示：“CRISPR-Cas9系統已經(jīng)突破了界限，使基因工程技術(shù)更加的通用、有效和容易。它的應用似乎真的沒(méi)有什么限制?！?/p>