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突破：可實(shí)現(xiàn)同時(shí)編輯多達(dá)4個(gè)基因

近幾年，CIRSPR技術(shù)飛速發(fā)展，除了“元老”CIRSPR/Cas9系統(tǒng)，科學(xué)家們還找到了一些新“選手”。2015年9月，張鋒研究組在Cell雜志上發(fā)表的一篇論文中首次提出了新型基因編輯系統(tǒng)CRISPR/Cpf1。Broad研究所Eric Lander教授稱(chēng)，該研究證明了Cpf1在編輯人類(lèi)基因組中非凡強(qiáng)大的功能。

在這項(xiàng)新研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，CRISPR/Cpf1系統(tǒng)能夠克服Cas9靶向多個(gè)基因位點(diǎn)的限制。研究表明，Cpf1加工自身CRISPR RNA (crRNA)的能力可用于簡(jiǎn)化多重基因組編輯。使用單個(gè)定制的CRISPR陣列（array），研究人員實(shí)現(xiàn)了在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中同時(shí)編輯多達(dá)4個(gè)基因，在小鼠大腦中同時(shí)編輯3個(gè)基因。

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4月：2篇Nature、1篇Cell

自CRISPR/Cpf1系統(tǒng)被提出以來(lái)，來(lái)自全球各國(guó)的科學(xué)家紛紛對(duì)其展開(kāi)進(jìn)一步的研究。今年4月，CRISPR/Cpf1系統(tǒng)迎來(lái)了一個(gè)發(fā)文小高峰。

4月20日，發(fā)表在Nature雜志上題為“The crystal structure of Cpf1 in complex with CRISPR RNA”的研究中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院黃志偉教授及其團(tuán)隊(duì)首次揭示了CRISPR-Cpf1識(shí)別crRNA的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。

同日發(fā)表在Nature上題為“The CRISPR-associated DNA-cleaving enzyme Cpf1 also processes precursor CRISPR RNA”的研究證明了Cpf1在定向基因編輯中能執(zhí)行RNA加工和DNA切割兩個(gè)活動(dòng)，這可能打開(kāi)了對(duì)特定序列基因組編輯和沉默的新方向。CRISPR先驅(qū)Emmanuelle Charpentier是這一研究的通訊作者。

4月21日，發(fā)表在Cell雜志上題為“Crystal Structure of Cpf1 in Complex with Guide RNA and Target DNA”的研究揭示出了Cpf1/向?qū)NA/靶DNA復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。張鋒及東京大學(xué)Osamu Nureki教授是這一研究的共同通訊作者。

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6月：3篇Nature Biotechnology

另一個(gè)發(fā)文高峰是在6月。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，Nature Biotechnology雜志當(dāng)月連發(fā)了3篇與CRISPR/Cpf1系統(tǒng)相關(guān)的成果。

題為“Genome-wide analysis reveals specificities of Cpf1”和題為“Targeted mutagenesis in mice by electroporation of Cpf1 ribonucleoproteins”的兩篇論文證實(shí)了Cpf1作為一種不會(huì)引發(fā)意外突變的精確基因組編輯工具具有的優(yōu)勢(shì)。韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所的Jin-Soo Kim是這兩項(xiàng)研究的通訊作者。

題為“Genome-wide specificities of CRISPR-Cas Cpf1 nucleases in human cells”的研究解析了新一代的CRISPR-Cas Cpf1核酸酶在人類(lèi)細(xì)胞中的全基因組特異性。麻省總醫(yī)院/哈佛醫(yī)學(xué)院的J Keith Joung和Benjamin P Kleinstiver是這一研究的共同通訊作者。

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展望：新系統(tǒng)層出不窮，“各領(lǐng)風(fēng)騷”

在科學(xué)家們的共同努力下，基因編輯工具家族可謂是越來(lái)越壯大。一方面，研究人員在CRISPR/ Cas9系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了多種新功能，包括只“剪”單個(gè)堿基、任意編輯非分裂細(xì)胞等。

另一方面，科學(xué)家們也開(kāi)發(fā)出了一些新的系統(tǒng)，除了上文中提到的CRISPR/Cpf1，還包括張鋒研究組提出的靶向RNA的CRISPR/C2c2系統(tǒng)、南京大學(xué)科學(xué)家提出的結(jié)構(gòu)引導(dǎo)的DNA編輯工具——SGN等。

CRISPR先驅(qū)Jennifer Doudna在接受Cell雜志采訪(fǎng)時(shí)表示，CRISPR的多功能性為能夠改善人類(lèi)生活的生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究帶來(lái)了新的、更廣泛的可能。希望這一被寄予厚望的“魔剪”真正能夠改變?nèi)祟?lèi)疾病的治療，成為戰(zhàn)勝病魔的有效工具。

參考文獻(xiàn)：

Cell：Cpf1 Is a Single RNA-Guided Endonuclease of a Class 2 CRISPR-Cas System

Nature Biotechnology：Multiplex gene editing by CRISPR–Cpf1 using a single crRNA array