最近，伊利諾伊大學的研究人員和新加坡科學技術研究機構的同事的一項新研究，使用CRISPR技術，在鏈黴菌屬(Streptomyces)中開啟了未表達的或「沉默的」基因簇，這是一類常見的細菌，它們自然狀態下能夠產生許多已經用作抗生素、抗癌劑和其他藥物的化合物。該研究由化學與生物分子工程教授Huimin Zhao領導，相關結果已在《Nature Chemical Biology》雜誌上發表。

clockwise from back middle： graduate student Behnam Enghiad， postdoctoral researcher Shangwen Luo， graduate student Tajie Luo and professor Huimin Zhao.

在對抗疾病的過程中，藥用武器庫中的許多武器已經被細菌本身掠奪了。利用CRISPR-Cas9基因編輯技術，研究人員已經發現了隱藏在這些沉默的基因中更多潛在的財富。

最近，伊利諾伊大學的研究人員和新加坡科學技術研究機構的同事的一項新研究，使用CRISPR技術，在鏈黴菌屬(Streptomyces)中開啟了未表達的或「沉默的」基因簇，這是一類常見的細菌，它們自然狀態下能夠產生許多已經用作抗生素、抗癌劑和其他藥物的化合物。該研究由化學與生物分子工程教授Huimin Zhao領導，相關結果已在《Nature Chemical Biology》雜誌上發表。

Zhao說：「在過去，研究人員僅僅是通過從實驗室里篩選細菌天然產物的方法來尋找新葯。」但是，一旦我們對細菌基因組進行了全面測序，最後我們卻只發現了一小部分在基因組中編碼的天然產物。由於在實驗室條件下，絕大多數生物合成基因簇不表達，或者表達水平非常低，這就是為什麼我們稱之為沉默基因，所以在這些沉默的基因簇中還有很多新的藥物和新知識等待著我們去發現，他們才是真正隱藏的寶藏。」

為了挖掘未發現的基因組寶庫，研究人員首先使用計算工具來識別沉默的生物合成基因簇，涉及到生產化學產物的小分子基因組。然後，他們使用CRISPR技術在每個要激活的基因之前插入一個強啟動子序列，促使細胞產生基因簇編碼的天然產物。

Zhao說：「這是CRISPR技術較少探索的一個方向，大多數與CRISPR相關的研究都集中在生物醫學應用領域，例如治療遺傳性疾病，但我們正在使用它來發現新的藥物。我的實驗室是第一個適應鏈黴菌屬(Streptomyces)的CRISPR系統，在過去，在鏈黴菌屬(Streptomyces)物種中打開或關閉一個特定的基因都是非常困難的，現在通過CRISPR技術可以對幾乎任何的基因進行高效靶向操作。」

該團隊成功地激活了一些沉默的生物合成基因簇。因為要尋找候選藥物，所以每個產品都需要分離和研究，以確定它們的作用。作為一個示範，研究人員分離並確定了由沉默的生物合成基因簇產生的一種新型化合物的結構，然後發現它與其他來源於鏈黴菌的衍生藥物，是一個外粗內秀的結構，隱藏著潛在的寶藏。

Zhao說：「這些新化合物可能會產生新的藥物類別，從而消除抗生素的耐藥性或從另一個角度對抗癌症。正如我們所知道的，抗生素的耐藥性是一個全球性的挑戰，我們希望找到新的物質，新的方式來解決這個問題，所以我們可以發現攻擊癌症或病原體的新方法。我們想要確定的是新藥物的新型化學支架，而不是修改現有的類型的藥物。」

Huimin Zhao團隊的新發現少不了研究人員的努力，但CRISPR技術也是給予了這項研究很大的幫助，功不可沒。當然他們是通過CRISPR技術來探尋新葯，但是CRISPR能做的遠不止這些。

CRISPR盤點

近年來，CRISPR毫無疑問是生物學領域最耀眼的一顆明星。《麻省理工管理評論》將該技術評為2014年全球10大突破性技術。華人學者張峰憑CRISPR-Cas9成為MIT終身教授。

CRISPR在多個領域有很多令人振奮的應用，讓基因編輯領域迎來了新一輪掘金熱潮。

CRISPR在遺傳學中的應用

利用CRISPR/Cas9技術治療杜氏肌肉營養不良：2015年12月，發表在《科學》雜誌上的三項研究中，3個獨立研究小組利用CRISPR技術刪除了杜氏肌肉營養不良症（Duchenne muscular dystrophy，DMD）小鼠中的部分缺陷基因，使小鼠產生了一種必不可少的肌肉蛋白。這是CRISPR首次成功應用到患有遺傳病的成年動物中。

利用CRISPR/Cas9技術治療鐮狀細胞貧血：2016年11月，斯坦福大學醫學院的研究團隊利用CRISPR基因編輯技術，在人體幹細胞中修復了造成鐮狀細胞貧血病的基因，這是在研髮針對該疾病的基因治療道路上走出的關鍵一步。這項最新研究證明了修復後的細胞能生成正常功能的血紅蛋白分子，可以在正常紅細胞中攜帶氧氣，這些幹細胞也可以正常移植回小鼠體內。

CRISPR在免疫學中的應用

利用CRISPR/Cas9技術改變免疫細胞：2016年10月，加州大學舊金山分校、Gladstone研究所的研究團隊利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，找到了能夠增強T淋巴細胞防禦HIV病毒入侵的基因突變。他們以CRISPR變體為基礎，構建了一個高通量基因編輯平台。藉助這一平台，他們可以檢測不同的基因突變對免疫系統防禦HIV病毒能力的影響值。他們以捐贈的人類免疫細胞為模型，利用這一新體系在體外快速編輯T細胞候選基因，為治癒艾滋病提供可能。

利用CRISPR/Cas9技術發現HIV新靶點：2016年12月，英國《自然·遺傳學》在線發表的一項研究顯示，美國科學家使用CRISPR/Cas9基因編輯技術，發現了對人類免疫缺陷病毒（HIV）感染不可或缺的新型基因，能預防HIV感染，同時還不會影響細胞存活性，這使得它們成為了極具前景的候選藥物或基因療法靶點。

利用CRISPR/Cas9技術構建出更加強效的CAR-T細胞：2017年2月，美國MemorialSloan Kettering Cancer Center的研究人員利用CRISPR/Cas9技術定點構建嵌合抗原受體（chimeric antigen receptor CAR）T細胞（CAR-T細胞），從而增強小鼠體內的腫瘤抑制效應。這一發現揭示了CAR-T免疫療法中調控CAR表達的重要性，展示了利用CRISPR/Cas9基因組編輯技術推動腫瘤免疫療法的潛力。

CRISPR在癌症研究與療法開發中的應用

利用CRISPR系統篩選癌症藥物靶向目標：2015年5月，來自美國冷泉港實驗室的研究人員應用CRISPR-CAS9技術靶向編碼蛋白功能性結構域的外顯子對癌症藥物作用靶點進行大規模篩選，通過對小鼠急性髓系白血病細胞的192個染色質調節性區域的篩選，發現了6個已知的藥物靶點和19個潛在藥物靶點。

利用CRISPR/Cas9技術進行異種器官移植研究：2015年10月，美國哈佛大學和生物技術公司eGenesis研究人員利用一種新的基因編輯技術，敲除了豬基因組中可能有害的病毒基因，從而掃清了豬器官用於人體移植的重大難關。哈佛大學和eGenesis異種器官移植課題帶頭人楊璐菡向世界宣布他們已在豬腎臟上皮細胞中整合入了CRISPR-Cas9系統。它能不斷產生Cas9蛋白，並破壞基因組內的所有內源性逆轉錄病毒基因。

利用CRISPR/Cas9技術使癌症突變失活：2016年8月，研究者對超過50萬個報道的癌症突變進行分析，這些突變從理論上來講能夠被靶向作用，並且超過80%的突變都可以被CRISPR/Cas9系統進行切割修飾；隨後研究者人員發現CRISPR/Cas9可以在不明顯靶向作用健康野生型等位基因的同時，對一系列常見的癌症突變進行特異性靶向作用；此外，攜帶癌症特異性引導RNAs的Cas9酶類的表達還能夠揭開引發癌細胞生長和變異的突變。（www.bioeg.cn）

利用CRISPR/Cas9技術鑒定出AML白血病細胞的弱點：2016年9月，來自英國劍橋大學韋爾科姆基金會桑格研究所的研究人員和他們的合作者對一種CRISPR基因編輯技術進行改進，並利用它發現急性髓性白血病（AML）的新的治療靶標。他們鑒定出大量基因可能作為抗AML療法的潛在靶標，並且描述了抑制這些基因中的一種，即KAT2A，如何破壞AML細胞，同時不會傷害非白血病血細胞。

利用CRISPR-Cas9進行全基因組篩選找到胰腺腫瘤弱點：2016年11月，來自加拿大多倫多大學的研究人員在RNF43突變的胰腺導管腺癌（PDAC）細胞中進行了全基因組範圍的CRISPR-Cas9篩選，並找到了可以用於治療該類型癌症的潛在抗體藥物。

鑒於CRISPR廣泛的應用前景，相信由它帶來的一場巨大變革即將到來。

來源：醫麥克

生物易構|更人性的生物化學試劑耗材採購平台