与PCR技术可媲美的明星技术：CRISPR

就在几年前，如果分子生物学想要改变目标生物体的基因组，那还是一件十分困难的事，需要花费数周的时间进行多个实验尝试。然而今天，科学家们能快速的沉默或者编辑一个基因，因为他们有了这种称为成簇规律间隔的短回文重复DNA碱基序列的CRISPR新技术。

（CRISPR/Cas9 基因编辑技术对许多研究领域都已经产生了重要影响，Cas9就是图中蓝绿色/蓝色部分，RNA是品红和石灰绿部分，图片来自Shutterstock/molekuul.be）

“从我最开始从事科研以来，经历过两次大的发展。”康奈尔大学遗传学家John Schimenti表示，像在1985年被发明后使基因工程领域发生革命性变化的基因扩增方法――PCR一样，“CRISPR正通过如此多的方式影响生命科学”。

“这种技术确实涉及了几乎每一种被测序的生物体基因组，”来自威斯康星大学麦迪逊分校的Jill Wildonger说。CRISPR 使用者也利用Cas9 酶在多个点切断入侵病毒的基因组，分析了细菌的免疫系统。这种技术的关键就在于简单：Cas9酶由导向RNA指引，切割特殊序列DNA，然后细胞本身的DNA修复机器就会采用两种修补模式中的一种进行修补。第一种模式就是简单的将两块片段粘回在一起，但是并不是完全修补，因此会留下疤痕，导致靶标基因无法正常运行。

第二种模式则是细胞拷贝临近区域的DNA片段，修补丢失的序列。这样科学家们就可以利用自己的DNA模版，引导细胞按照他们希望的序列，从一个小突变变成整个新基因。

在过去的几年，CRISPR/Cas9 基因编辑系统已经遍布了许多生物学实验室，但就像来自加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna所说的那样，最初CRISPR 研究人员并没有想到会变成这样。

首先进行CRISPR 研究的是美国Danisco公司的食品科学家们，他们发现了一种方法，能极大的增强工业细菌对噬菌体的抵抗力，这种方法就是用噬菌体来免疫细菌，从中证明了细菌也是具有适应性免疫系统的，而且依靠这种免疫能抵制同一种噬菌体的多次攻击。

其中细菌的染色体中包含了一种称为“成簇规律间隔的短回文重复DNA碱基序列”，这也就是CRISPR，这些重复序列之间就是感染细菌的病毒序列，细菌会将这些病毒序列记住，以防下一次感染。如果同一个病毒又来侵染，那么细菌免疫系统就会产生一段序列拷贝，也就是crRNA，以及tracrRNA，这些RNAs会召集Cas9酶，切断病毒DNA。

由此就产生了一些脱靶问题，在人类基因组中CRISPR/Cas9具有crRNA特异性脱靶结合活性，不过大多数的这些结合脱靶效应，在体内和体外都不能有效地裂解，表明人类基因组中的CRISPR/Cas9脱靶裂解活性是很有限的。

（转化医学网360zhyx.com）