CRISPR-Cas9: 天空飄來幾個字，哪哪不是事

08-26

4 人贊了文章X-戰警中的Mystique魔形女Raven擁有複製他人的外形和聲音的能力，金剛狼Logan 能夠迅速從傷害中復原，而且長生不老。這對孫悟空72變意淫長大的80後來說，吸引力猶如魔力。怎麼樣我才能擁有老孫法力鑽到鐵扇公主的肚子里，大鬧鐵扇公主子宮，讓她乖乖把鐵扇交出來呢。

基因編輯技術CRISPR-Cas9讓你的意淫成為可能。

套用一下Ivanka Trump的話： "When you dream, dream bigger."

有一天呀，你可以利用CRISPR-Cas 9 對染色體端粒進行一點兒改造，讓其不再變短，你將不會再衰老，就能像Logan一樣永生。但是比Logan幸運的是，Logan is cursed to be live forever, 而你可以選擇不再永生, 利用anti-CRISPR蛋白系統阻斷CRISPR基因編輯或者降解anti-CRISPR蛋白觸發基因編輯，將端粒長度恢復正常，又可以正常的掛了。

最重要的是CRISPR-Cas 9 讓基因編輯簡單易操作，屌絲們也可以輕鬆上手。以後不只是在家捯飭捯飭綠豆芽或者魔豆啦。

朋友圈，不發則已，一發就要屌炸天。姐的日常是：改造個辣味西紅柿啊（雲貴川湘渝比較受歡迎）；在自家廚房案板上改造個紅色酵母啊（發的麵包包子比較鬆軟軟）；或者培養一個奶牛色的小鼠做寵物啊（想喝奶啦）。

姐當年用cre-loxp 系統做Gene knock-out小鼠，花了幾個月的時間，也不知道花了多少銀子，多少個小夥伴的幫忙（打到小鼠的胚胎是個技術活）。

而現在位於紐約的Genspace公司在線出售在細菌中做CRISPR基因改造的試劑盒，價格是$150。這比23andme 在線出售個人基因測序$199還要來得便宜。相信很快，某寶上也會出現價格￥150的CRISPP 玩具，江浙滬包郵。

言歸正傳，我們一起來揭開CRISPR神秘面紗吧，看看這位引無數英雄競折腰的大神到底是什麼鬼。

CRISPR/Cas系統是細菌的一種免疫系統，可以識別出外源DNA，並將它們切斷，沉默外源基因的表達。這種精確的靶向功能，跟find my iphone 的精確定位 GPS 有的一拼。

CRISPR序列由眾多短而保守的重複序列區（repeat）和間隔區（spacer）組成。Repeat中含有迴文序列，能夠形成發卡結構。Spacer是被細菌俘獲的外源DNA序列。

而在上游的leader被認為是CRISPR序列的啟動子。

在上游還有一個多態性的家族基因，該基因編碼的蛋白均可與CRISPR序列區域共同發生作用。該基因就是 Cas基因(CRISPR associated，Cas)。

Cas基因與CRISPR序列共同進化，形成了在細菌中高度保守的CRISPR/Cas系統。

當細菌體內出現外源DNA時，CRISPR／Cas系統會截取一段，整合在CRISPR中，形成新的spacer.

CRISPR系統會在啟動子的作用下轉錄出trancrRNA 和pre-crRNA。transcrRNA和Cas9 蛋白在RNAaseIII 的作用下將pre-crRNA分割成獨立的crRNA.

這些crRNA 和 trancrRNA, Cas9 就形成了crRNA:tracrRNA:Cas9 複合物。

crRNA:tracrRNA:Cas9 複合物遇見有互補片段的外源DNA時，精確定位。

Cas9 蛋白將目標DNA解螺旋，形成R-Loop。

crRNA:tracrRNA:Cas9 複合物crRNA將與互補鏈雜交，而另一條鏈則保持遊離狀態將DNA剪斷。外源DNA表達沉默。

這個過程中的crRNA:tracrRNA就是guide RNA (gRNA)。如果在基因的上下游各設計一條gRNA（gRNA1，gRNA2），將其與含有Cas9蛋白編碼基因的質粒一同轉入細胞中（當然也可以利用Lentivirus 或者AAVirus，如果你想把這種改良傳給下一代的話），gRNA通過鹼基互補配對可以靶向PAM附近的目標序列，Cas9蛋白會使該基因上下游的DNA雙鏈斷裂。而生物體自身存在著DNA損傷修復的應答機制，會將斷裂上下游兩端的序列連接起來，從而實現了細胞中目標基因的敲除（下圖左）。如果在此基礎上為細胞引入一個修復的donor DNA，這樣細胞就會按照donor DNA在修復過程中引入片段插入或定點突變(下圖右)。這樣就可以實現基因的替換或者突變。只要是兩頭的PAM序列相同，中間的片段隨。你。的。便。如果你想改良一個戴翅膀的豬，就在插入一段編輯翅膀的donor DNA吧。

CRISPR系統中最神奇是gRNA, 20個鹼基大小，精確定位需要編輯的區域。最最重要的是這個gRNA 非。常。便。宜。基因編輯不同位點需要替換的就是定位用的gRNA.這使得CRISPR系統非常簡單高效。

這是從古細菌中分離出來的免疫機制，功力確實扛扛的。東西還是老的好。

CRISPR系統已經在全球範圍內高效催化。從技術層面上我們能夠隨意的插入想要的基因，remove致病基因甚至改良基因。亟需器官移植的病人的曙光就要來臨了。取名救世主的egenesisbio公司致力於改良不同物種的細胞，組織和器官，用來拯救器官衰竭的人類。Biocytogen公司利用CRISPR技術創造小鼠疾病模型，用來研究人類疾病。Norvatis牽手Intellia; Bayer牽手CRISPR Therapeutics 致力於血液，腫瘤和其他的遺傳疾病。

已經有中國科學家宣布CRISPR了人類胚胎（雖然胚胎沒成活，活了也不符合倫理呀）；華西醫科大學盧鈾教授宣布利用CRISPR治療非小細胞肺癌患者；CRISPR已經成功的治療了HIV 小鼠。

CRISPR技術日漸成熟。擁有72變不再是夢想。如果有一天你發現一個藍色的女孩半夜在你家冰箱里找吃的，不要吃驚。她只是太喜歡Xavier，將自己化身Raven了。

Reference:

Cater, J. and Wiedenheft, B.(2015) .Snapshot：CRISPR-RNA-guided adaptive immune system. Cell.163(1): 260-260.