哈工大黃志偉教授發現SpyCas9基因編輯系統活性被抑制的分子機理

勁彪新聞28日訊（記者 宮玉范）不少科幻大片都有這樣的預言：利用生物技術改變物種基因，然而，物種卻因基因的失控而向著人類希望的相反方向發展。在生物基因工程中，這種狀況確實存在，尤其是當基因編輯工具被大規模使用、相關法律尚未出台的今天，這種擔憂尤其必要。哈爾濱工業大學黃志偉教授發現了SpyCas9基因編輯系統活性被抑制的機制，為設計控制、抑制SpyCas9基因編輯系統活性的工具提供了基礎。

27日，哈爾濱工業大學教授黃志偉在《自然》上（《Nature》）在線發表題為《Anti-CRISPR蛋白抑制CRISPR-SpyCas9活性的分子機制》（Structural basis of CRISPR-SpyCas9 inhibition by an anti-CRISPR protein）的論文，揭示Anti-CRISPR蛋白抑制SpyCas9活性的分子機制，為設計時間、空間特異性地，條件性地精確控制SpyCas9基因編輯活性的工具提供了結構基礎。

黃教授講，CRISPR-Cas系統是細菌編碼的用來保護細菌免受噬菌體感染的適應性免疫系統，該系統通過crRNA引導的Cas核酸酶剪切入侵病毒的DNA或者RNA從而防禦病毒感染。由於CRISPR-Cas系統與sgRNA組合具備高效、便捷「編輯」目的DNA的能力，CRISPR II-A亞型系統之一的鏈球菌Cas9（SpyCas9）系統已被廣泛應用於全世界範圍內的生物醫學研究以及基因治療領域，進行細胞、組織或個體內DNA的敲除、激活、修飾、突變等，而且該系統已經成為目前最重要的、也是最廣泛使用的基因編輯工具。

但是，如何減少SpyCas9過度激活或者長時間活性帶來的基因編輯脫靶效應，以及如何對SpyCas9的活性進行時間、空間或條件性的精確控制，是當下SpyCas9系統用於細胞或組織基因編輯、基因治療等亟需解決的重要並具挑戰性的科學問題。

黃志偉教授團隊仔細研究了AcrIIA2或AcrIIA4與SpyCas9之間的作用原理，經過一年多的研究，最終發現基因編輯的靶向控制工具。他講，這就好比一枚導彈，RNA負責把導彈引導到目標，Cas9是炸藥，它負責摧毀目標，也就是對基因進行編輯。但是編輯之後Cas9還是活的，還有可能失控摧毀自己的目標，這時候就要對它進行控制，比如，通過AcrIIA2或AcrIIA4把它回收、預設它的工作時間、地點、內容，最終讓Cas9的活性消失。在該項機制原理的基礎上，基因生物領域可開發各種各樣的調控基因的產品，而不致讓基因失控發生物種災難。

該成果是黃志偉團隊繼CRISPR-Cpf1（Nature，2016；RNA Biology，2017）、CRISPR-C2c1(Cell Research，2017)等研究成果之後，在病原與宿主相互作用和基因編輯分子機制研究領域取得的又一重要研究成果。黃志偉教授為本研究論文的通訊作者，該團隊的博士研究生董德、郭明慧和碩士研究生王思涵3位同學為該論文的並列第一作者。全部研究工作在哈工大完成。本項目受到國家自然科學基金委、哈工大青年科學家工作室等基金的資助。

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