CRISPR为何火

CRISPR是一个平民化的“神奇剪刀手”，更便宜、更便捷、靶向更加准确

让基因编辑真正变得简便好用的，是一把叫CRISPR的基因“剪刀”。

细菌是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。和大多数生物一样，细菌也会受病毒感染，使其成为正常细菌的杀手——噬菌体。在漫长的进化过程中，细菌逐渐有了自己的应对之策——免疫系统。20世纪80年代末，研究人员在观测大肠杆菌时发现，在细菌基因的尾端，有一些看上去很奇怪的重复序列。这些序列随后被命名为成簇的规律间隔的短回文重复序列(CRISPR)。病毒性感染就像定时炸弹，在它“爆炸”之前，细菌只有很短的时间来处理，而CRISPR就是一个“拆弹专家”。

CRISPR是如何“拆弹”的?研究人员注意到，这些重复的序列之间总是由一些很古怪的间隔区(spacer)隔开，这些间隔区之所以看上去很古怪，是因为它们根本就不是细菌自身所有的东西，而是从噬菌体病毒的DNA上“剪”下来的小片段。简言之，细菌细胞产生CRISPR相关蛋白(Cas蛋白)，在病毒入侵之后，Cas蛋白便会结合到病毒DNA上，从上面“剪”下一块病毒DNA，然后将其转运到细菌细胞的基因组，插入其中，使之成为一处“间隔区”。从此以后，细菌细胞便会利用这一间隔区来识别与之相对应的病毒，实现对病毒再次入侵的免疫应答。更神奇的是，CRISPR系统还可以将获得的部分DNA片段整合进基因组，形成记忆并遗传，从而可以保护后代的细胞免受病毒的攻击，就像随身带了一张基因的“疫苗接种卡”。

“科学家很快意识到，基于这种精确的靶向功能，CRISPR/Cas9系统可以被设计开发成一种高效的基因编辑工具，只要将被编辑的细胞基因组DNA看作病毒或外源DNA就可以了，从而使我们可以利用RNA(核糖核酸)来引导Cas9蛋白实现对多种细胞基因组的特定位点进行修饰。”黄志伟说。

在CRISPR/Cas9技术中，基因编辑的实现需要这两个工具——向导核糖核酸(gRNA)和Cas9蛋白，其中Cas9蛋白具有切割DNA片段的功能，可使DNA发生双链断裂，进而诱导细胞产生DNA 损伤修复。gRNA与Cas9蛋白结合在细胞中，会形成复合体，它会“检索”细胞中所有的DNA，找到与其内部gRNA的序列相对应的位点，然后连接，让Cas9蛋白质精确地把相关DNA“剪”掉，从而实现了对细胞中目标基因的编辑。“打个比方，CRISPR系统相当于一枚导弹，gRNA相当于它的引导部，而蛋白就相当于它的战斗部。剪切不同基因的时候，只要改变gRNA的序列就可以了。”黄志伟说。

与锌指核酸酶、类转录激活因子核酸酶技术相比，CRISPR技术显得非常“平民化”，它无物种限制、成本低、易上手、实验周期短、靶向更加准确，节省了大量的时间和成本。科学家希望用这种技术对人类的基因进行编辑，以达到治疗疾病的目的，同时也希望将这种技术用到作物的改良之中。

“事实证明，CRISPR技术非常强大，因为它改写的是底层的密码。”魏文胜说。横空出世的CRISPR/Cas9基因编辑技术被《科学》杂志评为2015年最重要的“突破性发现”，并被科学家认为是20世纪70年代以来最重要的基因工程技术。