最新Nature，Nature子刊公布CRISPR兩項突破性成果

　　近年來，CRISPR/Cas9系統的發現和開發帶來了許多新希望。最新Nature和Nature Communications雜志公布了兩項重要成果，分別報道了首次哺乳動物CRISPR-Cas9基因驅動，以及第三種CRISPR-Cas系統。

　　作為生命的基本遺傳物質，DNA的精準編輯和快速檢測一直以來備受關注。近年來，CRISPR/Cas9系統的發現和開發帶來了許多新希望。最新Nature和Nature Communications雜志公布了兩項重要成果：“Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR–Cas9 in the female mouse germline”，“Engineering of CRISPR-Cas12b for human genome”，分別報道了首次哺乳動物CRISPR-Cas9基因驅動，以及第三種CRISPR-Cas系統。

　　第一篇文章中，加州大學圣地亞哥分校的研究人員探索了CRISPR-Cas9編輯技術是否能夠在哺乳動物中成功實施基因驅動，結果證明CRISPR-Cas9能改變雌性小鼠生殖系，驅動白色毛皮和紅色熒光蛋白的表達。

　　這一研究成果公布在Nature雜志上。由加州大學圣地亞哥分校的進化發育生物學家Kimberly Cooper領導完成。

　　一位未參與該研究的科學家認為，“這是第一篇描述哺乳動物中基因驅動的重要成果。”

　　基因驅動（gene drive）能將外源基因快速引入動物群體，并由此消除相關疾病，或者對害蟲和入侵物種進行控制。這種方法確保后代優先繼承一個父母的特定等位基因，因此即使它對物種繁殖或者存活有害，這種突變也可以快速傳播。

　　Cooper表示，她的團隊最開始是希望能復制其它物種的遺傳改變，以便了解這些遺傳改變的作用是什么，但是利用傳統的小鼠遺傳學進行轉基因操作，得到每個轉基因兩個純合等位基因，很困難。

　　為此Cooper求助于兩位加州大學圣地亞哥分校的同事：Ethan Bier和Valentino Gantz。他們曾在2015年報道了果蠅的基因驅動。

　　在最新的研究中，Cooper等人聚焦于Tyrosinase（酪氨酸酶）基因，這種基因能決定皮毛的顏色，方便研究人員了解基因驅動是否發生了。他們利用包含導向RNA的基因驅動插入到酪氨酸酶基因上，將一種紅色熒光蛋白的基因插入到酪氨酸酶的第四個外顯子中。

　　同時也將轉基因導入到精子，卵細胞和胚胎發育過程中不同時間和不同地點激活cas9的基因群，這樣研究人員培育出的動物，看看它們發生了什么變化，如果長出來的動物是白色毛皮的，那么就表明Cas9剔除了酪氨酸酶基因；如果動物能發紅光，那就表明切割的酪氨酸酶已經用其工程基因的拷貝進行了修復。

　　Cooper等人已經將這項技術應用于肢體發育和進化的三趾跳鼠的研究，“這為為生物醫學研究和藥物設計制作了實驗小鼠”，也回答了關于進化的其他問題。

　　總體來說，這項研究精確了雌性小鼠Cas9生成的時間，分析了更高的效率是否能決雄性小鼠缺乏同源定向修復的問題。“這是第一次證明可行，但還不是很完美，因此還有待改進，“Cooper說。

　　另外一項研究中，張鋒等人開發了第三種基因編輯工具CRISPR-Cas12b。我們知道CRISPR-Cas9系統有很多類，其中第2類系統包括基于cas9、cas12和cas13效應蛋白的II、V和VI型，之前研究發現Cas12包含一個單一的Ruvc核酸酶結構域，該結構域切割PAM序列附近的dsDNA，非特異性地切割SSDNA，可以分成V-A亞型( cas12a )和V-B亞型( cas12b )。

　　最新研究構建了酶活最高的突變體BhCas12b v4（K846R/S893R/E837G），它有以下幾個優點：

　　（1）酶活與SpCas9、AsCas12a相當，但特異性比更SpCas9更高，其安全性更適合于臨床應用；

　　（2）在基因組里PAM數量與AsCas12a相當，擴大了基因組的靶向范圍；

　　（3）蛋白更小（BhCas12b：1108個氨基酸、SpCas9：1369個氨基酸、AsCas12a：1353個氨基酸），尤其適合用于腺相關病毒AAV介導的基因治療。

　　因此，該系統具有極大的應用前景，有望開發出新一代安全高效的基因編輯工具。

　　研究團隊相信，在繼Cas9和Cas12a之后，改造的Cas12b將以其分子量小和靶向特異性高的兩大特點，成為又一款在體編輯人類基因組的有力工具。并且，這一顯著提升Cas12b效率的改造工程也為解鎖更多CRISPR工具提供了富有啟發的指導。