CRISPR從最初的細(xì)菌體內(nèi)“免疫機(jī)制”已經(jīng)被人類廣泛應(yīng)用在基因編輯領(lǐng)域，它是糾正基因突變、解決器官異種移植關(guān)鍵難題、治療疑難雜癥等領(lǐng)域的“寵兒”，在科研領(lǐng)域更是無人不知、無人不曉。但一向被稱為“魔剪”的CRISPR技術(shù)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(gè)基因，少數(shù)情況能同時(shí)修改2-3個(gè)甚至更多的基因，但是大規(guī)模的編輯幾乎是“夢(mèng)里看花”。

近日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）的研究團(tuán)隊(duì)突破瓶頸，帶來CRISPR-Cas技術(shù)革命性突破——實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)細(xì)胞內(nèi)基因的25個(gè)靶點(diǎn)進(jìn)行編輯，甚至理論上能進(jìn)一步增加到數(shù)百個(gè)基因。相關(guān)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(lǐng)導(dǎo)者Randall Platt教授說：“感謝這個(gè)新工具，讓我們和其他科學(xué)家實(shí)現(xiàn)過去夢(mèng)寐以求的目標(biāo)。”值得關(guān)注的是，Platt教授曾經(jīng)是“CRISPR先驅(qū)”張鋒實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，2016年底開始組建自己的實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)真是“青出于藍(lán)而勝于藍(lán)”啊。

真•魔剪

通常CRISPR-Cas技術(shù)需要一種稱為Cas的酶和一個(gè)小RNA分子。小RNA分子的堿基序列就像一個(gè)“地址標(biāo)簽”，將酶精確地指向染色體上的指定作用位點(diǎn)，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(gè)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(shí)切成一個(gè)個(gè)‘地址標(biāo)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(tuán)隊(duì)利用Cas12a酶建立了一個(gè)特別的質(zhì)粒，把Cas酶的編碼藍(lán)圖和多個(gè)RNA地址分子按順序依次保存在這個(gè)環(huán)狀DNA分子中。換言之，這個(gè)質(zhì)粒里面容納的不是一個(gè)地址而是一個(gè)地址列表，那么之后它就會(huì)有更多個(gè)“地址標(biāo)簽”，由此可以實(shí)現(xiàn)多靶點(diǎn)同時(shí)切割。

隨后，研究人員把這個(gè)特別的質(zhì)粒轉(zhuǎn)入到人體細(xì)胞中進(jìn)行結(jié)果測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果不負(fù)眾望：細(xì)胞內(nèi)有25個(gè)靶點(diǎn)同時(shí)被修飾、調(diào)節(jié)！Platt教授對(duì)此結(jié)果表示，理論上該數(shù)字能進(jìn)一步提高，甚至增加到數(shù)百個(gè)基因。

重大意義

細(xì)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(luò)確保了生物體的細(xì)胞多樣性。例如，它們負(fù)責(zé)將祖細(xì)胞分化為神經(jīng)元細(xì)胞和免疫細(xì)胞。“我們的方法使我們第一次能夠在一個(gè)步驟中系統(tǒng)地修改整個(gè)基因網(wǎng)絡(luò)，”Platt教授說。

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

該項(xiàng)突破對(duì)基礎(chǔ)研究也意義深遠(yuǎn)。比如說，為什么各種類型的細(xì)胞表現(xiàn)不同，此外它還適用于研究復(fù)雜的遺傳疾病以及細(xì)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(biāo)題：張鋒實(shí)驗(yàn)室出“牛人”：CRISPR革命性突破，實(shí)現(xiàn)同時(shí)編輯數(shù)十個(gè)基因