清华汪小我等人开发CRISPR sgRNA设计工具

CRISPR/Cas9系统，是最近开发的一种强大而灵活的靶向基因组工程技术，包括基因组编辑和基因调控。这些应用需要设计高效、特异的单向导RNA（sgRNA）。然而，这仍然是具有挑战性的，因为它需要考虑许多标准。已有研究开发出了一些sgRNA设计工具用于基因编辑，但是目前还没有设计出用于基因调控的sgRNA设计工具。

七月二十三日，清华大学自动化系的汪小我和美国斯坦福大学的Lei S Qi博士带领的研究小组，在国际权威杂志《Bioinformatics》发表了题为“CRISPR-ERA: a comprehensive design tool for CRISPR-mediated gene editing, repression and activation”的研究论文。随着越来越多使用CRISPR/Cas9进行基因编辑和调控的实验数据，该研究小组根据这些已发表的研究总结的一套sgRNA设计规则，开发出了一种综合性的计算工具。他们报道了一种全基因组sgRNA设计工具，并提供了一个在线网站，用于预测高效而特异的sgRNA。他们将这一工具命名为CRISPR-ERA，可用于CRISPR介导的基因编辑、抑制和激活。

本文通讯作者分别是清华大学信息科学与技术国家实验室（筹）的汪小我和斯坦福大学的Lei S Qi博士。中国科学院院士、清华大学自动化系的李衍达院士也是本文共同作者。

细菌的适应性免疫系统CRISPR，是近年来发展起来的一种功能强大且多功能的基因组工程技术，包括基因编辑（修改基因组序列）和基因调控（抑制或激活基因的表达）。该系统是高度可编程的，利用一个单一的蛋白质，核酸酶Cas9用于基因编辑，或核酸酶缺陷型dCas9用于基因调控。

要进行精确的和可编程的DNA打靶，就必需一个单向导RNA（sgRNA）。有效和特异的基因组工程需要精心设计sgRNA，这仍然是一个巨大的挑战。计算工具已被用来帮助设计CRISPR编辑的sgRNA，但不能用于其他用途，如转录调控。这些计算工具将使得研究人员能够进行自动的sgRNA设计和脱靶位点的验证。

基于此，该研究小组所开发的这种工具，一个主要目标是解决sgRNA设计所存在的矛盾，从而能够进行有效和高特异性的基因抑制或激活，也可产生全基因组的sgRNA文库，用于不同生物体的遗传筛选。

在这项研究中，研究人员描述了CRISPR-ERA网站服务器，是一种自动的、综合的sgRNA设计工具，用于CRISPR介导的基因编辑、抑制和激活（editing, repression and activation, ERA）。CRISPR-ERA利用一种快速算法，搜索全基因组sgRNA结合位点，并利用目前发表的CRISPR编辑、抑制和激活数据中所总结的一套规则，评估了它们的有效性和特异性。设计特点是有注释的，可以在一个基因组浏览器中可视化靶位点。研究人员还提供了产生全基因组sgRNA文库的本地版本。

注：汪小我，男，1999.9 - 2003.7 清华大学自动化系自动化专业，获工学学士学位；2003.9 - 2008.7 清华大学自动化系控制科学与工程-生物信息学专业, 获博士学位；2007.9 - 2008.3 美国冷泉港实验室，国家公派联合培养博士生；2008.7 - 2011.11 清华大学自动化系，讲师；2011.12 至今，清华大学自动化系 副教授。学术兼职国家自然科学基金评审人，担任Bioinformatics、BMC Bioinformatics、PLoS One、Chromatin、Epigenetics、The Annals of Applied Statistics、APBC2009、APBC2010、《科学通报》、《遗传学报》等国内外期刊和会议的审稿人。研究领域：生物信息学、微小RNA（microRNA）的计算系统生物学研究、基因表达调控网络分析、表观遗传学研究、高通量测序数据的分析与算法开发、合成生物学等。

Lei Stanley Qi，2005年毕业于清华大学，获数学和物理学专业学士学位，2007年在美国加州大学伯克利分校获物理学硕士学位，2012年在加州大学伯克利分校获生物工程学博士学位，2012年至2014年在加州大学圣地亚哥分校从事系统生物学研究，目前为斯坦福大学生物工程和化学、系统生物学助理教授，其实验室主要应用基因组工程学和CRISPR技术，研究细胞分化、增殖、表观遗传调控和疾病相关的遗传互作网络。

（转化医学网360zhyx.com）