Science：張鋒再發重大突破，新成果“劍指”CRISPR脫靶效應！

　　2015年，基因編輯這個詞可謂是最活躍的科技詞匯之一；CRISPR作為最受歡迎的基因編輯神器更是突破不斷。雖然今年它最終沒能摘得諾獎，但是技術的一次次更新和突破讓科學界根本無法忽視這一技術的巨大實力和無限潛力。

　　Cas9酶是基因編輯系統中一個非常關鍵的組成部分，而脫靶效應一直是CRISPR技術需要克服的重大技術問題。在任何臨床應用之前，醫生和監管機構必須確保Cas9酶不會引起非目標基因組的損傷。

　　11月30日，發表在《科學》雜志上的一項研究中，麻省理工學院-哈佛醫學院Broad研究所CRISPR大神張鋒的研究小組又取得了一項突破性的成果。研究人員通過創建了3個新版本的Cas9酶大大降低了CRISPR/Cas9系統的脫靶效應；有效改善了這一技術的最大局限性之一。

　　張鋒的團隊通過改變構成化膿性鏈球菌Cas9酶的約1，400個氨基酸中的3個氨基酸將“脫靶編輯”顯著減少至無法檢測到的水平。他說，不同于其他降低CRISPR/Cas9系統錯誤率的方式，這些新酶的使用不需要改變許多研究人員現在參照的CRISPR/Cas9系統的protocol。

　　新版本的Cas9酶如何形成的？

　　在這項研究中，科學家們利用了Cas9蛋白的結構知識來降低脫靶切割（off-target cutting），即帶負電荷的DNA是結合到帶正電荷的Cas9蛋白的凹槽。基于這樣的原理，他們預測，相較于“靶向”序列，用一些中性氨基酸來替代正電荷的氨基酸，可以減少Cas9與“脫靶”序列的結合。

　　在試驗了各種可能的改變后，張鋒研究小組發現三個氨基酸突變可大大減少“脫靶”切割。利用測試的導向RNAs，研究人員證實“脫靶”切割已降低至檢測不到的水平。研究小組將這種新設計的酶命名為“增強型”化膿性鏈球菌Cas9（eSpCas9），可用于需要高水平特異性的基因組編輯應用。

　　張鋒實驗室馬上將向全世界的研究人員提供這種eSpCas9。該研究小組相信相同的電荷改變方法也會對張鋒與合作者們在今年早些時候報告的其他RNA引導DNA靶向酶，包括Cpf1、C2C1和C2C3發揮作用。

　　科學家如何評價新系統

　　并未參與這項研究的哈佛大學化學生物家David Liu 說：“這項工作實際上是在調和Cas9多余的‘熱情’，使它只能作用于目標序列。對很多科研應用而言，使用不變的Cas9也一樣可以。但是當用于治療領域時，研究人員希望能夠降低錯誤率，使之不超過人類細胞正常的DNA突變率。在治療應用中，我們都希望程序能夠以最大的準確度發揮作用，確保不能編輯到基因組中預想之外的位點。”

　　張鋒將對CRISPR/Cas9系統的改善比作“讓汽車變得更快”的過程：新的Cas9酶就像為CRISPR/Cas9系統加上了更大的發動機。他說：“當然，汽車提速的方法很多；同樣，還可以結合其它的方法產生馬力更強的酶。”