遺傳學大牛訪談：CRISPR系統的機遇和問題

　　目前，一種新的革命性的基因組編輯工具，為基因工程開辟了新的途徑。它就是規律成簇間隔短回文重復（CRISPR）和CRISPR相關（Cas）9系統。

　　一般而言，CRISPR-Cas系統一直在古菌和細菌中進化，作為它們適應性免疫機制的一部分。該系統的機制方面可以在文獻中找到。在這些生物中發現的3種 CRISPR-Cas系統類型中，化膿鏈球菌中的II型系統是應用最廣泛的。

　　II型（CRISPR-Cas9）系統包括RNA引導性Cas9核酸酶，它結合特定的DNA序列（與RNA引導性序列互補）并在DNA上產生雙鏈斷 裂。dsDNA斷裂可以修復通過同源指導修復（HDR）和非同源末端連接（NHEJ）而得以修復。基于這一原理，研究人員通過各種途徑對Cas9與導向引 導性RNA進行修飾，以提高該系統的效率和特異性，從而擴大其不同的應用潛力。

　　我們可以利用該系統，通過插入、缺失、點突變、和序列倒置，而改變特定的基因位點。最近，科學家對該系統進行了改造，以用作一個基因組調節器，通過 將效應物結構域連接到Cas9或引導性RNA，并通過與標記分子融合而作為一種可視化工具。工程CRISPR-Cas9的這種多元化能力，使科學家能夠將 該系統應用于各種生物的基因組修飾，如擬南芥、果蠅、斑馬魚、秀麗隱桿線蟲、蚊子、小鼠、靈長類動物和人類。最近，CRISPR-Cas9基因編輯已被用于人類胚胎，并帶來了一些倫理問題和關注。

　　8月22日，包括國際遺傳學大牛George M. Church在內幾名專家，在國際學術期刊《Clinical Chemistry》以Q&A的形式對于“CRISPR/Cas9系統的機遇和問”奉上了他們的專家之言。對于圍繞著CRISPR/Cas9系統 的幾個問題，幾位專家分別給出了他們的觀點和看法。

　　Church是遺傳學界的大牛，被譽為是個人基因組學和合成生物學的先鋒。1984年，Church和Walter Gilbert發表了首個直接基因組測序方法，該文章中的一些策略現在仍應用在二代測序技術中。此外，如今的多重化分子技術和條碼式標簽也是他發明 的，Church還是納米孔測序技術的發明者之一。

　　CRISPR-Cas9系統使得研究人員能夠編輯許多生物體和細胞類型的DNA序列。然而，科學家們也日益認識到可以利用它來激活基因的表達。為 此，他們構建出了大量可激活Cas9蛋白的合成基因來研究基因功能或在潛在的治療方法中彌補不充足的基因表達。在發表于2016年5月23日Nature Methods雜志上的一項研究中，Church研究小組嚴格對比并列出了在來自人類、小鼠和果蠅等生物的各種細胞類型中最常用的人造Cas9激活子。研 究結果為科研人員提供了一個有價值的指南，使得他們能夠簡化研究努力。

　　5月，George Church和小伙伴們悄悄邀請了130名科學家、律師、企業家和政府官員，在波士頓召開了一次不對外公開的基因組會議。據說，他們在會議上探討了體外合 成完整大基因組的可行性，以及相關項目的實施。Church后來提供給STAT News的一份聲明指出，這樣的嘗試代表著人類理解生命藍圖的新篇章。一個月后，他又給生物學領域扔下了一枚大炸彈。他和同事在bioRxiv上提前發表了研究指出，大腸桿菌E. coli的生長速度拖累了科研進展，應當用世界上生長最快的細菌取而代之。