CRISPR – 三藩有話說

【2022年01月24日訊】（記者李少維編譯報導）近十年來，CRISPR成了一個重要的基因研究輔助工具。其中最流行的要算是CRISPR-Cas9系統，使用Cas9蛋白進入細胞找到特定的基因段，將其剪切、替換。

美國密西根大學醫學院（University of Michigan Medical School）生物化學系的張燕（Yan Zhang，音譯）說：「可是，Cas9在進行大規模的、對整個基因進行編輯方面的能力實在很有局限性。」

張燕引領的研究組在2019年推出了CRISPR-Cas3編輯工具，是同行中使用Cas3作為編輯工具的先驅者之一。Cas3能夠持續降解DNA，具有刪除大規模基因組的能力。人類基因的平均長度為1萬～1.5萬個鹼基，CRISPR-Cas3完全能夠一次性剪切。

然而，張燕說當時那套系統在編輯效率、處理大長度基因和蛋白質製造方面效果不理想。「以前那套系統編輯幹細胞的效率只有10%，編輯癌系細胞的效率大約是30%～50%。」

現在，研究組意外地發現了一種Cas11蛋白，加入系統後顯著提升了編輯效果。「Cas11蛋白就像一塊隱藏的寶石，直到最近才引起我們和其他研究人員的注意。」

研究報告說，引入Cas11蛋白後，這套CRISPR-Cas3系統編輯幹細胞的效率達到50%，編輯人類細胞的效率達到驚人的95%。張燕說：「我們對現在版本的CRISPR-Cas3系統（的編輯能力）很滿意。」

研究組表示這個工具在刪除大段致病基因、研究人類非編碼DNA等領域具有重要用途。他們在資源庫Addgene上公開了這項成果。

這份研究1月19日發表於《分子細胞》（Molecular Cell）期刊。◇

責任編輯：葉紫微

【2022年01月21日訊】（記者李少維編譯報導）2021年12月23日發表於《自然·化學生物學》（Nature Chemical Biology）期刊的一份研究發明了利用反轉子（retron）進行基因編輯的技術。研究稱這比CRISPR編輯技術更準確，而且操作更方便。

過去十年來，基因編輯技術是生物學和醫學領域重要的創新技術。CRISPR和反轉子都是最早在細菌內部發現的機制，細菌依靠這種機制改變DNA以適應環境的變化。科學家發現可以利用這種機制進行基因編輯。

在此之前科學家主要使用CRISPR機制：用Cas9剪切酶把細胞基因組內的DNA某個片段剪下來，用新培養的DNA模版替換掉，之後細胞在自行修復的過程中，把新換上的DNA片段結合到基因組內，從而實現基因編輯。

這個過程中用到的DNA模版是在實驗室內培養完成後，再送入被編輯的細胞內。負責剪切基因組的Cas9也要單獨從外部送入。但是，兩者都不能保證穿透每一個細胞。這使得CRISPR編輯方法的效率受到限制。

反轉子是一種由單鏈DNA和RNA混合組成的特殊結構。在科學家實現CRISPR編輯技術後，一些研究者也想到利用反轉子來生產DNA模版可能會提高編輯的效率和準確度。然而，當時科學家對反轉子各個部位的功能還不夠明確因而沒有什麼進展。

這份研究進行了嘗試。主要研究員美國格拉德斯通研究所（Gladstone Institutes）的賽斯·希普曼（Seth Shipman）說：「反轉子起到保護細菌的作用。但是我們要改變它常規的行為，讓它按照我們的意思辦事——產生用於基因編輯的模版。」

這份研究介紹說，反轉子就像DNA的工廠，能從細胞內部產生很多份DNA模版的拷貝。科學家把整個基因編輯過程需要的所有成分和反轉子一起送入細胞，包括生成DNA模版的指令（即讓反轉子在細胞內部按照指令生成DNA模板）、Cas9，和幫助研究人員追蹤編輯效果的分子等。

合作研究員聖地亞哥·洛佩茲（Santiago Lopez）說：「這意味著我們只需要向每個細胞遞送一個單元。這極大地簡化了編輯過程，為新型實驗打開了大門。」

希普曼說：「我們的研究第一次展示，能產生的DNA模版越多，編輯效果越好。更精確的基因編輯技術有助於研發更有效、安全的基因藥物，和開展更先進的基礎研究。」◇

責任編輯：葉紫微