Cell：突破！如何克服CRISPR/Cas9脱靶问题？

Whitehead研究所的科学家们首次对顶复门（Apicomplexa）生物进行了全基因组筛选。这项重要的研究成果于九月二日发表在Cell杂志上。顶复门的单细胞寄生虫会引起疟疾、巴贝斯虫病、隐孢子虫病和弓形虫病，但我们对这些家伙还知之甚少。

“我们一直没什么办法研究顶复门寄生虫所有基因的功能，”Whitehead研究所的Sebastian Lourido说。“现在我们找到了一个好方法。这种方法可以研究寄生虫的各种问题，从获取营养、应答免疫压力到遗传学互作，是相关领域的一次重要飞跃。”

弓形虫（Toxoplasma gondii）是一种寄生在细胞内的病原体，可以感染包括人在内的几乎所有的温血动物。弓形虫感染引起的肺部疾病对新生儿、儿童和存在免疫力低下人（AIDS、骨髓移植、器官移植等）特别危险。感染了弓形虫的孕妇会将这种寄生虫传给胎儿，可能导致流产或死产，影响孩子的大脑、眼睛和听力。

另一种顶复门寄生虫更令人头疼，那就是恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）。根据世界卫生组织WHO的统计，2015年有超过四十万人死于恶性疟原虫引发的疟疾。弓形虫与恶性疟原虫亲缘关系很近，可以作为研究恶性疟原虫的模型。然而弓形虫研究发展得并不顺利，因为人们无法快速有效地敲低基因。在顶复门寄生虫中RNA干扰（RNAi）没什么活性，随机诱变又难以解读，遗传杂交也难以实施。

此外，用CRISPR/Cas9进行基因组编辑也并不好做，因为Cas9酶对弓形虫基因组毒性太大。CRISPR是规律成簇的间隔短回文重复（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）的缩写。CRISPR与内切酶Cas9是一对好基友，细菌依靠它们组成的防御系统对抗外来侵略者。CRISPR/Cas9能够在引导RNA的指引下，靶标并切割入侵者的遗传物质。2012年研究者们利用这一特点，将CRISPR系统发展成了强大的基因组编辑工具。该系统使用简单而且扩展性强，很快便成为了生物学领域最耀眼的明星。

为了克服Cas9对弓形虫基因组的毒性，研究人员开发了一种“诱饵”sgRNA。研究显示，这种诱饵能够有效降低Cas9的活性。研究人员用这种温和版CRISPR/Cas9系统逐个破坏弓形虫的8,158个基因，进而研究它们各自的功能。

他们通过这种方法鉴定了与寄生虫适应人类细胞有关的二百个基因，这些基因是顶复门寄生虫所共有的。其中一个基因编码的CLAMP蛋白，对寄生虫入侵宿主细胞有很大的影响。为了进一步分析这个蛋白的作用，研究人员在恶性疟原虫中敲低了这个蛋白。他们发现，缺乏功能性的CLAMP疟原虫就无法在红细胞中生长。研究人员指出，虽然全基因组CRISPR/Cas9系统可以很好的作用于弓形虫，但这种策略并不适合恶性疟原虫。正因如此，弓形虫将是研究疟疾的重要模型。（转化医学网360zhyx.com）