Nature：那些可能超越CRISPR的基因組編輯新技術

　　 CRISPR–Cas9工具使得科學家們能夠幾乎隨意地改變基因組。人們稱贊它比以往的技術明顯更簡單、更廉價及更通用，CRISPR–Cas9在全球各地的實驗室中大放光彩，已發現了一些醫學和基礎研究的新應用。

　　但CRISPR–Cas9有其局限性。加州大學圣地亞哥分校生物工程師Prashant Mali說，它擅長去到基因組的一個特定位點，在那里完成切割。“但有時候你感興趣的應用要求還要多一點。”

　　今年早些時候，一些研究人員懷著熱情撲向了一種可能的新的基因編輯系統NgAgo，暴露了他們對CRISPR–Cas9不滿的暗流，以及尋找替代方法的強烈動機。哈佛醫學院遺傳學家George Church說：“這暗示了每一種新技術是多么的脆弱。”

　　NgAgo只是不斷增長的基因編輯工具庫中的一個工具。有一些是CRISPR的變體；另一些為編輯基因組提供了新途徑。

　　一個迷你版Cas9

　　CRISPR–Cas9或有一天會被用來改寫導致遺傳疾病的一些基因。但這一系統的組件：Cas9酶和引導Cas9到達目的序列的一段RNA過大，無法填塞到基因治療最常用病毒的基因組中，將外源遺傳物質運送到人類細胞中。

　　從葡萄球菌中取得的迷你Cas9形式是一種解決方案。它非常的小，可以硬塞進當前市場上基因治療采用的病毒之中。去年12月，兩個研究小組利用迷你版Cas9在小鼠中糾正了導致杜氏肌營養不良的基因。

　　擴大范圍

　　Cas9不會到處進行切割——某一DNA序列必定存在于切割位點的附近。這一要求在許多基因組中很容易得到滿足，但對于一些實驗來說可能是一種令人痛苦的限制。研究人員正在尋找一些微生物提供有著不同序列要求的酶，這樣他們可以擴大能夠改造的序列數量。

　　這樣的一種酶Cpf1有可能成為一種有吸引力的替代。比Cas9要小，Cpf1有著不同的序列要求，且高度特異。

　　另一種叫做C2c2的酶，靶向的是RNA而非DNA——這一特征有潛力用于研究RNA及利用RNA基因組對抗病毒。

　　真正的編輯器

　　許多實驗室只利用了CRISPR–Cas9來刪除基因的一部分，由此破壞其功能。Church說：“人們想將這樣的編輯宣布為勝利，但燃燒書的一頁并不等于編輯了這本書。”

　　那些想用一段序列交換另一段序列的研究人員面對著一個更艱難的任務。當Cas9切割DNA時，細胞往往會在縫合斷裂端時生成一些錯誤——但這可以造成許多研究人員想要的缺失。

　　想要改寫一段DNA序列的研究人員依賴于可以插入一段新序列的一種不同的修復信號通路——發生這一過程的頻率比容易出錯的縫合要低得多。明尼蘇達大 學植物科學家Daniel Voytas說：“每一個人都說，未來一次編輯多個基因，而我認為：‘我們現在甚至無法以高效率編輯一個基因。’”

　　不過過去幾個月里的一些進展給Voytas帶來了希望。在今年4月，研究人員宣布他們讓Cas9喪失功能，將它與可將一種DNA堿基轉變為另一種 DNA堿基的酶連接在了一起。這一喪失能力的Cas9仍然靶向它的向導RNA指定的序列，但無法進行切割：轉而連接的酶轉變了DNA堿基，最終將此處的C 堿基轉變成了T堿基。上周發布在Science雜志上的一篇論文也報道了類似的結果。

　　Voytas和其他研究人員希望連接其他使得Cas9喪失功能的酶將生成不同的序列改變。

　　追逐Argonautes

　　今年5月，發表在Nature Biotechnology雜志上的一篇論文推出了一個全新的基因編輯系統。研究人員聲稱，他們能夠利用一種叫做Argonaute的蛋白無需向導RNA 或一段特定的鄰近基因組序列，可在預定位點切割DNA。轉而他們采用了對應靶區域的一段短DNA序列編程了Argonaute蛋白。

　　這一研究發現引發了關于CRISPR–Cas9將被奪位的一波興奮與猜測，但一些實驗室迄今為止無法重現這些結果。韓國首爾國立大學基因組工程師Jin-Soo Kim說，即便如此，來自其他細菌的argonautes仍有望提供一條前進的道路。

　　編程一些酶

　　另一些基因編輯系統也在準備中，盡管有些已在那徘徊多年。在一個廣闊的細菌計劃中，Church實驗室并沒有去觸及CRISPR。轉而，他的研究小 組依靠了一種叫做lambda Red的系統，無需向導RNA可以編程lambda Red來改造DNA序列。然而盡管Church實驗室已開展了13年的研究，lambda Red還只能在細菌中起作用。

　　Church和麻省理工學院與哈佛醫學院Broad研究所的生物工程學家張鋒（Feng Zhang）說，他們的實驗室也正在致力開發整合酶和重組酶來用作為基因編輯器。張鋒說：“通過利用酶的多樣性，我們可以生成更強大的基因組編輯工具箱。 我們必須繼續探索這些未知的事物。”