「女神」最新成果！魔剪CRISPR「脫靶效應」有了「剋星」

5月底，一篇關於CRISPR可引發數百種「意外突變」的論文讓這一基因編輯技術的脫靶效應受到了前所未有的關注。儘管之後有大量的科學家對這篇論文提出了質疑，甚至要求《自然》雜誌將該論文撤稿，但不可否認的是，「脫靶效應」一直是阻礙CRISPR技術應用的關鍵障礙之一。

Jennifer A. Doudna

7月12日，CRISPR先驅Jennifer A. Doudna教授帶領的研究小組在《科學》子刊Science Advances雜誌上發表了關於脫靶效應的最新成果（論文題目：Disabling Cas9 by an anti-CRISPR DNA mimic）。研究發現，去年由加州大學舊金山分校（UCSF）的科學家們發現的CRISPR「關閉開關」能夠降低Cas9編輯人類細胞基因組的脫靶效應。

在介紹新成果前，先帶大家回顧一下去年UCSF的研究人員獲得這一重要發現。在這一發表於Cell雜誌上題為「Inhibition of CRISPR-Cas9 with Bacteriophage Proteins」的論文中，科學家們找到了在細菌和人類細胞中能都能夠阻止CRISPR系統基因編輯活性的anti-CRISPR抑制劑。具體來說，研究發現了兩個CRISPR「關閉開關」：AcrIIA2和AcrIIA4。它們通過阻礙Cas9酶的活性發揮抑制作用。

圖片截取自Cell

科學家們認為，anti-CRISPR蛋白的發現將成為研究和治療複雜和多基因疾病的關鍵。Cell論文的通訊作者Joseph Bondy-Denomy指出，一些研究者和公眾擔心如此強大的CRISPR技術會被不合理的使用，帶來危險。這些抑制劑為阻止不法的、失控的CRISPR應用提供了手段，將幫助提高CRISPR研究的安全性。

在當時的報道中，論文的第一作者Benjamin Rauch說：「我們下一步的研究計劃是調查這些CRISPR抑制劑是否能夠在人類細胞中通過降低脫靶效應，改善基因編輯的精準度。」這篇發表在Science Advances上的論文證實了anti-CRISPR能夠降低脫靶效應。值得一提的是，Bondy-Denomy和Rauch是這一新成果的共同作者。

SHIN ET AL., SCIENCE ADVANCES

為了研究其中一個「關閉開關」AcrIIA4的作用機理，研究人員使用了多種方法，包括冷凍電子顯微鏡和人類細胞培養實驗。通過多個實驗室的努力，他們發現，這種anti-CRISPR蛋白通過附著在Cas9酶上的一個口袋上阻斷它的DNA編輯活性。（插播新聞：哈工大最新Nature！揭示Anti-CRISPR蛋白抑制SpyCas9活性的分子機制）

同時，研究小組也在調查這類「關閉開關」的有效性。分析結果表明，通過調整將AcrIIA4 或者 Cas9添加到實驗中的時間，研究人員能夠阻斷脫靶效應。這一新成果的共同通訊作者Jacob E. Corn教授說：「我們發現，如果你預先添加AcrIIA4，並且隨後添加Cas9，這樣能夠完全阻斷基因編輯。」

Corn教授認為，這些anti-CRISPR蛋白有望成為一種有用的遺傳學工具和臨床工具。它們可能成為一種控制脫靶效應的有效途徑。不過，關於這類「關閉開關」的安全性和有效性問題仍需進一步調查，如，科學家們需要弄清楚人類免疫系統會對這些anti-CRISPR蛋白做出怎樣的反應，因為這些anti-CRISPR的序列是通過先前的噬菌體感染留在細菌基因組中的。

參考資料：

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