PNAS追溯CRISPR技術的前世今生

　　就在幾年前，如果分子生物學想要改變目標生物體的基因組，那還是一件十分困難的事，需要花費數周的時間進行多個實驗嘗試。然而今天，科學家們能快速的沉默或者編輯一個基因，因為他們有了這種稱為成簇規律間隔的短回文重復DNA堿基序列的CRISPR新技術。

　　之后CRISPRs 引起了許多微生物學家的興趣，Jennifer Doudna指出，到2012年她的研究組與來自瑞典于默奧大學的Emmanuelle Charpentier合作，發現他們能將crRNA 和 tracrRNA整合到一個單獨的人工導向RNA中，這樣就能用于在靶標序列靶向DNA沉默酶。

　　Doudna被稱為CRISP技術“女神”，她回憶道”我們意識到可以利用這個切斷DNA……，啟動修復。”這令人興奮，“我感到我寒毛都要倒立起來了，”她說。

　　Doudna 最初實驗是在試管中進行，而不是活細胞，但是在一年之后，另外兩個實驗室證明了CRISPR/Cas9 能編輯培養小鼠與人體細胞的基因組。

　　遺傳工程學家們曾設計過類似的系統，但是這需要科學家們在每個新靶向序列實驗中都要先組裝一個蛋白，這是一個繁瑣的過程。“CRISPR騰空出現，現在只要訂一個核苷酸，就能在基因組中完成你想要的任何改變，”來自明尼蘇達大學基因工程中心的Dan Voytas說，他研發了基于蛋白的系統。

　　科學家可以同時改變一個基因或多個基因，分析這對生物機體造成的影響。而且研究人員也能改變Cas9酶，完成其它工作。比如說一組研究人員發現在不同的調控功能元件的效應位點，加入dCas9，能促進其穩定和有效轉錄的抑制或激活，這一點在人類和酵母細胞中都得到了證實。同時將dCas9耦合到轉錄抑制結構域還能極大的增強多個內源性基因的表達沉默。此外研究人員還利用RNA-seq分析表明，CRISPR干擾（CRISPRi）介導的轉錄抑制特異性很高。

　　同時不少公司開始提出利用CRISPR/Cas9 修復疾病基因，這種工具比其它基因療法“更精確”，來自哈佛大學的George Church 說。

　　舉例來說，研究人員嘗試通過CRISPR/Cas9 基因組編輯系統，針對幾個人類細胞系，比如小膠質細胞和T細胞進行了研究，從這些細胞中去除了HIV病毒。他們靶向的是病毒的5'和3'末端，也就是長末端重復序列（LTRs），這樣整個病毒基因組都被刪除了。而去年的一項研究則利用基因組編輯技術首次成功地把艾滋病病毒從培養的人類細胞中徹底清除。

　　此外研究人員還設計出了三條引導RNA鏈來靶向靠近突變的不同DNA序列，編碼FAH酶的基因發生這一突變可引起酪氨酸血癥I型。每10萬人中即有一人受累于這一疾病，罹患酪氨酸血癥I型的患者無法分解酪氨酸，會造成酪氨酸累積，導致肝衰竭。當前的治療包括低蛋白飲食以及一種破壞酪氨酸生成的藥物NTCB。

　　農業領域也從CRISPR/Cas9技術獲益，Voytas說。他和其他人都認為CRISPR/Cas9 也許能以一種不激起公眾反對的方式，培育轉基因作物。

　　但是在人體內使用CRISPR/Cas9 之前，科學家們仍然需要謹慎再謹慎，因為如果修復酶不遵從模版，那么就會在無需修改的地方黏貼DNA。而且Cas9酶也有可能會錯切DNA，導致癌癥的發生。