Science綜述：CRISPR

用RNA指導的CRISPR-Cas9系統的動物和植物基因組工程，正在改變著生物學。與其他基因工程工具相比，這種技術更容易使用，並且更有效，因此，在其發現後的短短几年內，就已經被應用於世界各地的實驗室。2014年11月28日，著名的《Science》雜誌發表綜述文章，描述了這種系統的快速採用和發展歷史。這篇綜述是由CRISPR-Cas9系統的發明者、亥姆霍茲感染研究中心（HZI）教授、德國漢諾威醫學院和Ume? 大學的Emmanuelle Charpentier博士和美國加州大學伯克利分校的Jennifer Doudna教授共同撰寫。

許多疾病是由一個人DNA（組成基因的字母編碼）的改變造成。一個基因中確定的字母順序通常編碼一種蛋白質。蛋白質是人體的「勞動力」，負責保持身體運轉所需的幾乎所有過程。當一個基因發生改變，其蛋白質產物可能就失去其正常功能，可能會導致疾病。HZI研究部門「Regulation in Infection Biology」主任Emmanuelle Charpentier教授指出：「因此，對基因組做出位點特異性改變，是阻止或治療這些疾病一種有趣的方法。」因此，自從DNA結構被發現以來，研究人員一直都在尋找一種方式來替換遺傳密碼。

第一種技術，如鋅指核酸酶和合成核酸，稱為TALENs，是一個起點，但是被證明比較昂貴，對於初學者比較難以操作。Charpentier說：「現有的技術都依賴於蛋白質作為地址標籤，為任何新變化定製新蛋白以引入DNA，是一個繁瑣的過程。」在2012年，她在Ume?大學工作的時候，描述了現在正在徹底改變基因工程的技術：CRISPR-Cas9系統。

這種系統基於細菌和古細菌的免疫系統，但是在實驗室也是有價值的。CRISPR是成簇的規律間隔的短迴文重複序列，而Cas僅僅代表CRISPR相關的蛋白質。Charpentier說：「最初，我們發現了一種新的RNA，即tracrRNA，與CRISPR-Cas9系統相關，相關研究結果我們於2011年發表在Nature雜誌。我感到興奮的是，我實驗室的Krzysztof Chylinski隨後證實了一個長期的想法：Cas9是與兩種RNA一起使用的一種酶。」

同時，該系統具有檢測遺傳編碼內特定字母序列以及在特定位置切割DNA的能力。在這一過程中，Cas9蛋白起剪刀的作用，RNA小片段起地址標籤的作用，確保切割發生在正確的位置。通過與Martin Jinek和Jennifer Doudna合作，該系統可以被簡化，將其用作一種通用的技術。現在，用戶只需要更換此RNA的序列，就能靶定基因組中幾乎任何的序列。

在2012年描述CRISPR-Cas9的一般能力之後，在2013年初，有研究表明它能夠像在細菌中那樣，有效地作用於人類細胞。從那時起，來自世界各地的研究人員一直都大肆炒作這個新的研究領域，提出這種新工具可以用於許多新的領域。可能的應用包括：從開發基因突變所致遺傳疾病的新療法，到改變未來農業研究的步伐和過程，一直到開發可能的新方法抗擊艾滋病毒HIV,用CRISPR編輯HPV基因殺死宮頸癌細胞。

Charpentier表示：「CRISPR-Cas9系統已經突破了界限，使基因工程技術更加的通用、有效和容易。它的應用似乎真的沒有什麼限制。」

參考文獻 我要補充文獻

The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9 文獻檢索：DOI: 10.1126/science.1258096

Technologies for making and manipulating DNA have enabled advances in biology ever since the discovery of the DNA double helix. But introducing site-specific modifications in the genomes of cells and organisms remained elusive. Early approaches relied on the principle of site-specific recognition of DNA sequences by oligonucleotides, small molecules, or self-splicing introns. More recently, the site-directed zinc finger nucleases (ZFNs) and TAL effector nucleases (TALENs) using the principles of DNA-protein recognition were developed. However, difficulties of protein design, synthesis, and validation remained a barrier to widespread adoption of these engineered nucleases for routine use.

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