重磅！兩篇Science首次發現阻斷CRISPR/Cas12a的抗CRISPR蛋白
古生菌和細菌的CRISPR/Cas系統保護它們的宿主免受噬菌體和其他的可移動遺傳元件的影響。根據最新的分類標準，CRISPR/Cas系統可分為兩大類：第1類CRISPR/Cas系統和第2類CRISPR/Cas系統。
第1類CRISPR/Cas系統分為I型CRISPR/Cas系統（標籤基因為Cas3）、III型CRISPR/Cas系統（標籤基因為Cas10）和IV型CRISPR/Cas系統（標籤基因為Csf1）。I型CRISPR/Cas系統可進一步分為I-A（標籤基因為Cas8a, Cas5）、I-B（標籤基因為Cas8b）、I-C（標籤基因為Cas8c）、I-D（標籤基因為Cas10d）、I-E（標籤基因為Cse1, Cse2）、I-F（標籤基因為Csy1, Csy2和Csy3）、I-U（標籤基因為GSU0054）；III型CRISPR/Cas系統可進一步分為III-A（標籤基因為Csm2） 、III-B（標籤基因為Cmr5、III-C（標籤基因為Cas10或Csx11）、III-D（標籤基因為Csx10）；IV型CRISPR/Cas系統可進一步分為IV-A和IV-B。
第2類CRISPR/Cas系統分為II型CRISPR/Cas系統，它的標籤基因為Cas9；V型CRISPR/Cas系統，它的標籤基因為Cas12a（之前稱為Cpf1）、Cas12b（之前稱為C2c1）和Cas12c（之前稱為C2c3）；VI型CRISPR/Cas系統，它的標籤基因為Cas13a（之前稱為C2c2）、Cas13b和Cas13c。II型CRISPR/Cas系統可進一步分為II-A（標籤基因為Csn2）、IIB（標籤基因為Cas4）和IIC（不存在Csn2和Cas4），V型CRISPR/Cas系統可進一步分為V-A（標籤基因為Cas12a）、V-B（標籤基因為Cas12b）、V-C（標籤基因為Cas12c）和V-U（標籤基因為TnpB-like）。VI型CRISPR/Cas系統可進一步分為VI-A（標籤基因為Cas13a）和VI-B（標籤基因為Cas13b）。
圖片來自Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.12.038。
在表達時，I型CRISPR/Cas系統會產生三個部分：Cas3、Cascade複合物（由Cse1、Cse2、Cas7、Cas5和Case6e組成）和pre-crRNA，隨後pre-crRNA通過Cascade複合物中的Case6e進行剪切加工獲得成熟的crRNA，並且成熟的crRNA會繼續結合到Cascade複合物上發揮作用。 目前最為常用的CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas12a系統分別屬於II型CRISPR/Cas系統和V-A型CRISPR/Cas系統。Cas12a（之前稱為Cpf1）是一種CRISPR相關核酸酶，與Cas9核酸酶存在著較為密切的關係。如今，Cas12a和Cas9廣泛地用於合成基因組工程、農業基因組學和生物醫學等領域。
然而，可移動遺傳元件也會編碼多種抗CRISPR（anti-CRISPR, Acr）蛋白來抑制CRISPR/Cas系統的功能。迄今為止，人們已發現抵抗I型CRISPR/Cas系統（I-D，I-E和I-F）和II型CRISPR/Cas系統（II-A和II-C）的Acr蛋白，比如發現抑制Cas9、Cas3或與DNA結合的Cascade複合物的Acr蛋白，但是從未在CRISPR/Cas12a等其他的CRISPR系統中發現這樣的Acr蛋白。
在兩項新的研究中，兩個研究團隊利用生物信息學方法鑒定出阻斷Cas12a的抑制蛋白。儘管過去的研究已鑒定出幾種阻斷Cas9的抑製劑，但是這些抑制Cas12a的蛋白是迄今為止已知的首批阻斷Cas12a的蛋白。相關研究結果於2018年9月6日在線發表在Science期刊上，論文標題分別為「Systematic discovery of natural CRISPR-Cas12a inhibitors」和「Discovery of widespread Type I and Type V CRISPR-Cas inhibitors」。
在第一項新的研究中，來自美國加州大學伯克利分校的研究人員利用一種全面的生物學信息學和實驗篩選方法鑒定出三種阻斷或減少在人細胞中進行CRISPR/Cas12a介導的基因組編輯的抑製劑。他們還發現CRISPR自我靶向和抑製劑出現率在原核生物基因組中存在廣泛的關聯性，這提示著一種從微生物世界中發現更多的Acr蛋白的直接途徑。
在第二項新的研究中，來自美國加州大學舊金山分校、麻省總醫院和哈佛醫學院的研究人員發現了12個Acr基因，這些基因編碼的Acr蛋白包括抑制V-A型CRISPR/Cas系統和I-C型CRISPR/Cas系統的蛋白，如AcrVA1。
值得注意的是，當在人細胞中進行測試時，AcrVA1最為有效地抑制Cas12a的一系列直向同源物，包括MbCas12a、Mb3Cas12a、AsCas12a和LbCas12a。這項研究發現的這12個Acr基因提供了有用的對CRISPR基因編輯進行控制的生物技術工具。
這兩項研究中採用的策略能夠鑒定出很多廣泛存在的Acr蛋白，它們可能在未來的抗CRISPR發現中是非常有用的。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：
Kyle E. Watters1, Christof Fellmann1,2, Hua B. Bai et al. Systematic discovery of natural CRISPR-Cas12a inhibitors. Science, Published Online: 06 Sep 2018, doi:10.1126/science.aau5138.
Nicole D. Marino1,*, Jenny Y. Zhang1,*, Adair L. Borges et al. Discovery of widespread Type I and Type V CRISPR-Cas inhibitors. Science, Published Online: 06 Sep 2018, doi:10.1126/science.aau5174.
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