給“基因魔剪”安“剎車”：避免傷及無(wú)辜

　　受熱捧的基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9并非完美，它猶如一輛沒(méi)有剎車裝置的汽車，可能失控傷及無(wú)辜，即產(chǎn)生脫靶效應(yīng)——編輯了不該編輯的基因片段。本文威正翔禹/締一生物為您分析給“基因魔剪”安“剎車”：避免傷及無(wú)辜。

    從去年12月開(kāi)始，科學(xué)家們爭(zhēng)先恐后地開(kāi)啟為CRISPR安上“剎車”的研究，他們?cè)噲D從自然界，找出這個(gè)“剎車”。

　　美國(guó)生物學(xué)家、**提出CRISPR-Cas9可以進(jìn)行基因編輯的詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna）也是其中的一員。當(dāng)?shù)貢r(shí)間8月24日，她與同事的相關(guān)論文發(fā)表在**期刊《細(xì)胞》（Cell）雜志，揭示了兩個(gè)可以為CRISPR的基因編輯畫(huà)上停止鍵的蛋白質(zhì)是如何發(fā)揮作用的。此外，這兩個(gè)抑制蛋白具有廣譜性，也就是說(shuō)可以適用不同的CRISPR系統(tǒng)。

　　CRISPR系統(tǒng)應(yīng)用于基因編輯，是科學(xué)家從細(xì)菌身上取得的“經(jīng)”。為了對(duì)付“殺手”噬菌體，細(xì)菌的免疫系統(tǒng)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)間，進(jìn)化出CRISPR系統(tǒng)。一旦有噬菌體入侵細(xì)菌，細(xì)菌的免疫系統(tǒng)會(huì)抓取一段噬菌體的DNA作為備份。等到下一次噬菌體再次來(lái)襲，細(xì)菌就可以根據(jù)備份，做出識(shí)別。識(shí)別成功時(shí)，細(xì)菌的Cas9蛋白會(huì)切斷噬菌體的DNA。這套系統(tǒng)為人類所用時(shí)，可以高效地對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行切割、添入等編輯。由于其高效，在業(yè)界有“基因魔剪”之稱。

　　盡管CRISPR系統(tǒng)被廣泛驗(yàn)證其有效性，成為全球各大生物實(shí)驗(yàn)室的寵兒，也有一些人體臨床試驗(yàn)已經(jīng)開(kāi)展。但CRISPR的脫靶性問(wèn)題尚未得到完全解決。一旦CRISPR系統(tǒng)進(jìn)入工作模式，科學(xué)家們此前一直沒(méi)有辦法干預(yù)其過(guò)程，只能任其操作至自然結(jié)束，其中可能會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤編輯非目標(biāo)基因的情況，帶來(lái)安全性隱患。

　　可喜的是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，求生的本能同樣讓噬菌體想出對(duì)策，進(jìn)化出了針對(duì)細(xì)菌CRISPR系統(tǒng)的抑制蛋白，用來(lái)逃避細(xì)菌免疫系統(tǒng)的攻擊。這些抑制蛋白被稱為ACR蛋白。

　　杜德納與同事此次研究的AcrIIC1 和AcrIIC3便是其中兩種。

　　AcrIIC1 和AcrIIC3是通過(guò)什么方式來(lái)對(duì)付難纏的CRISPR系統(tǒng)呢？杜德納和同事發(fā)現(xiàn)，當(dāng)AcrIIC1和Cas9蛋白相遇時(shí)，AcrIIC1會(huì)緊緊結(jié)合Cas9用來(lái)抓取DNA的位置，從而使得Cas9無(wú)法搗亂。打個(gè)比方，這相當(dāng)于給Cas9這把鋒利的剪刀套上了外殼，無(wú)法再做出“剪”的行為。

　　不僅如此，AcrIIC1可以抑制多種Cas9蛋白，具有廣譜性。

　　相比之下，AcrIIC3能發(fā)揮作用的范圍要小，只能抑制一種Cas9蛋白。而且，和AcrIIC1不同，AcrIIC3不結(jié)合Cas9蛋白，而是將兩個(gè)Cas9蛋白拉攏在一起，改變它們的結(jié)構(gòu)，從而使得Cas9對(duì)DNA無(wú)計(jì)可施。

　　值得一提的是，杜德納并不是**個(gè)發(fā)現(xiàn) CRISPR系統(tǒng)“關(guān)閉開(kāi)關(guān)”的人。

　　在2016年12月，來(lái)自加拿大多倫多大學(xué)和美國(guó)馬薩諸塞大學(xué)的科學(xué)家們**發(fā)現(xiàn)了自然界隱藏的這類“關(guān)閉開(kāi)關(guān)”。但當(dāng)時(shí)，科學(xué)家們還不清楚，這些抑制蛋白是如何發(fā)揮“關(guān)閉開(kāi)關(guān)”作用的。

　　數(shù)個(gè)月后，來(lái)自不同國(guó)家的兩個(gè)科研小組先后通過(guò)解析蛋白結(jié)構(gòu)是什么樣的，來(lái)揭示抑制蛋白防守CRISPR系統(tǒng)的機(jī)制。其中就包括哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授黃志偉的課題組。但他們所解析的和杜德納此次解析的都為不同種類的抑制蛋白。

　　不久的將來(lái)，科學(xué)家或許就能找到最合適的“關(guān)閉開(kāi)關(guān)”，不由CRISPR系統(tǒng)任性，為其安全性“保駕護(hù)航”。

         綜上所述，您是不是已經(jīng)對(duì)給“基因魔剪”安“剎車”：避免傷及無(wú)辜，有所了解。如果還有其他疑問(wèn)，請(qǐng)咨詢威正翔禹/締一生物資深專家免費(fèi)熱線：400-166-8600。