去年12月，兩組科學家發表了幾種可以阻斷CRISPR-Cas9活性蛋白質的重要發現，而7月12日，研究人員又再次指出，利用其中的一種抗CRISPR蛋白能減少Cas9介導的人類細胞基因組編輯中的脫靶效應。
這一研究成果公布在Science Advances雜志上，由美國加州大學伯克利分校Jennifer Doudna教授，以及Jacob Corn等人領導完成。
Corn表示，“CRISPRs是細菌免疫系統的組成部分，對于生物學來說一個基本的概念就是如果某種生物開發出了一種武器，那么它也會同時準備好一種防御手段。事實證明。 。 。噬菌體已經進化出了關閉CRISPR系統的方式，就是這些抗CRISPR蛋白。”
去年年底，Corn與加州大學舊金山分校的Joseph Bondy-Demony等人共同發現了幾種存在于李斯特菌中的抗CRISPR蛋白，其中兩種蛋白抑制劑AcrIIA2和AcrIIA4阻斷來自釀膿鏈球菌的Cas9酶活性，Cas9是一種經常用于基因組編輯中的DNA切割酶。
在此基礎上，為了深入探索AcrIIA4的作用機制，研究人員采用了多種方法，如冷凍電子顯微鏡和人體細胞培養等方法，發現這種抗CRISPR蛋白是通過競爭綁定到通常是用來結合DNA的Cas9酶上“凹陷袋”結構域來發揮作用的，這樣能阻斷Cas9酶與DNA的相互作用。
這次首次針對天然蛋白抑制劑AcrIIA4如何與Cas9酶相互作用的研究，研究人員發現AcrIIA4會與“凹陷袋”內的酶結合，AcrIIA4與酶的結合可阻止Cas9酶附著于靶標DNA并對其進行切割。對人類細胞的研究揭示，如果這些細胞在基因編輯開始前就用這一蛋白抑制劑進行處理，那么CRIPSR-Cas復合物就可大體上被阻止對任何部位的DNA進行剪切。
結果還顯示，大約一半的CRISPR-Cas9對DNA的擊中目標的編輯（即該系統按照科學家所希望的方式對基因編輯進行正確的剪切）發生在這一系統進入后的6小時內。之前的研究顯示CRISPR-Cas9可能在偏離靶標部位留置一段時間，但未對它們進行剪切。通過利用這一時間差，研究人員在人類白血病細胞內引進了一個被指示對2個基因（其中包括與鐮狀細胞病有關的基因）進行剪切的CRISPR-Cas9復合物，并接著在6小時后添加了AcrIIA4。結果顯示，在恰當的時間添加AcrIIA4可防止在錯誤的位置剪切基因，同時CRISPR也仍有時間在正確的位置進行基因剪切。
這項研究指出了AcrIIA4的作用機制，提示了一種新的調控哺乳動物細胞基因編輯的方法。最重要的是在引入CRISPR-Cas9數小時后將AcrIIA4添加到人類白血病細胞中，在不影響CRISPR正確剪切的同時，可減少CRISPR-Cas9的脫靶效應，
“雖然這一研究工作和發現令人印象深刻，而且十分重要，但并不是十分出乎我們的意料。因為這對于抗CRISPR蛋白作用來說非常合乎邏輯。這種機制。。。以前在其他系統中就曾經有過，之前的研究也發現過通過噬菌體核酸酶抑制劑蛋白的DNA模擬。”麻省大學Erik Sontheimer教授說，Sontheimer教授雖然沒有參與這項研究，但他是Intellia Therapeutics的共同創始人（另外一位創始人就是Jennifer Doudna），目前這一公司正在利用天然蛋白抑制劑（并非AcrIIA4）進行研發。
來自多倫多大學的分子遺傳學家Alan Davidson（未參與這項工作）表示，近期Nature雜志，Molecular Cell雜志都發表了類似的成果，Davidson與Sontheime等人一起申請了另外三種抗CRISPR化合物的專利。“這些都有基本相同的結構，相同的蛋白，以及類似的結論。我認為這篇最新論文唯一的差異就是一些關于基因組編輯的數據，即基因編輯時抗CRISPR能減少少脫靶效應。”
這是一個非常有競爭力的領域，從各方面的論文來看，這一領域發展的非常快。
Corn表示，這些抗CRISPR蛋白不僅可以用于遺傳學研究，而且也可以作為臨床工具。它們不僅有助于減少脫靶效應，還可以成為控制打靶的有效途徑，比如一些基因治療方法也許會在患者細胞內殘留下活性Cas9，這需要被關閉，“基因編輯的開關非常關鍵，但關閉開關也是同樣重要的。”
不過目前還需要進行更多效應和安全性研究，科學家們需要了解這些抗CRISPR蛋白的人類免疫反應是什么，因為它們來自細菌病毒。“我們只是進行單純的抗CRISPR蛋白研究，沒有人知道是否還有其它的工具在等著我們。”
