科學家正在給CRISPR系統「瘦身」

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在過去的6年中，基因編輯技術CRISPR從一個不起眼的細菌免疫機制轉變為生物學的明星工具，使研究人員能比以往更加精確且輕鬆地改變DNA。但是，最流行的CRISPR版本的Cas9蛋白的分子量巨大，這限制了CRISPR基因編輯系統在醫療上的應用及創造新療法的能力。現在，研究人員們設計出一種讓CRISPR「瘦身」的方法，而且仍然能保持CRISPR的核心功能。

標準CRISPR方法已經從釀膿鏈球菌（Streptococcus pyogenes）中獲得了稱為SpCas9的DNA剪切蛋白。CRISPR的另一部分將酶引導至基因組上的目標位置。SpCas9與DNA結合，它的分子剪刀會將DNA的雙鏈螺旋剪切。但是SpCas9擁有1368個氨基酸，它太大了，對於許多生物醫學應用來說太過笨重。因此美國加州大學伯克利分校的David Savage領導的研究團隊利用「定向進化」方案設計了大量更「纖瘦」的Cas9庫。

美國國家生物技術信息中心的研究員Kira Makarova說：「這是一個神奇的故事，因為它逆轉了實際進化過程。」

Savage是一名結構生物學家，他在上周的冷泉港實驗室CRISPR年度會議上展示了這項研究。他將這種蛋白質工程方法稱為「迭代體積排阻重組實現的輕量化(MISER)」。該技術使用兩種酶系統地剪切SpCas9的DNA基因，除掉編碼蛋白質的不同部分。Savage及其同事隨後測試了這些基因序列，以確定生成的蛋白質是否仍然保留Cas9的與DNA靶標結合的能力。然後他們將取得成功的蛋白質結合起來，以補充獨特的剪切選項。到目前為止，他們已經創造出50萬種變體。Savage說：「令人震驚的是，這種蛋白質的功能非常好。我沒有想到它會如此靈活，以至於可以容忍大量刪除，而且可以疊加在一起。」

MISER突變體無法實現傳統CRISPR-Cas9的所有功能。不利因素之一在於，某些Cas9突變體會鎖定到基因組的特定位置上，但是不會剪切DNA。但研究人員們在早些時候發現，這些「死亡」的Cas9也是可以作為工具的，因為它們能將其他的分子運輸到特定目的地。一種強大的被稱為鹼基編輯的 CRISPR技術利用它將酶運送到可以將一個DNA鹼基轉化為另一個DNA的靶位點。迄今為止最小的MISER Cas9突變體（不能剪切）只有880個氨基酸，大約是最初SpCas9的三分之二。

哈佛大學的化學家David Liu的實驗室發明了這種鹼基編輯系統，他說，Savage的這項與MISER相關的研究是這項非常出色新技術的早期應用，使基因編輯技術向著長期目標更近了一步。

很多利用CRISPR設計生物醫學療法的研究人員將Cas9基因與其他組件打包到一個無害的病毒中，靠病毒將它們運輸到特定的細胞中修復基因缺陷。但是病毒運輸基因的能力是有限的，而此時這種「纖瘦」型Cas9就能夠起作用了，特別是如果它的剪刀有效。

Savage說：「我們必須完成這項研究。」他的團隊正在篩選他們所創造的這些變體，以找到那些體積最小、用途最大的那個。

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