如果說(shuō)到近幾年來(lái)生物學(xué)領(lǐng)域取得的重大突破，或許很多人都會(huì)提到CRISPR.作為一項(xiàng)極具潛力的基因編輯技術(shù)，CRISPR不但在新藥研發(fā)的高通量篩選過(guò)程中扮演了越來(lái)越重要的角色，更有直接應(yīng)用于臨床的能力——今年6月，美國(guó)NIH下屬的重組DNA咨詢委員會(huì)投票一致通過(guò)CRISPR可用于人體基因編輯。而在7月，四川大學(xué)華西醫(yī)院的科學(xué)家也宣布將把CRISPR技術(shù)應(yīng)用于人體，以期治療非小細(xì)胞肺癌。不難想象，未來(lái)我們將看到更多CRISPR的應(yīng)用誕生。

    作為一款基因編輯工具，在臨床應(yīng)用時(shí)，科學(xué)家們往往希望CRISPR能夠在他們想要的時(shí)候，精準(zhǔn)地作用于他們感興趣的細(xì)胞，而不希望簡(jiǎn)單粗放地對(duì)所有細(xì)胞“一刀切”.這也是目前諸多研究人員努力的方向。而最近MIT的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)，則讓CRISPR有望走入精準(zhǔn)時(shí)代。

    這項(xiàng)技術(shù)的主要研究者Piyush Jain博士是一名操縱RNA的高手。他在加入MIT前，曾有效地利用紫外光，控制了RNA干擾的進(jìn)程。與RNA干擾類(lèi)似，CRISPR的基因編輯機(jī)理中也離不開(kāi)RNA分子，這就讓Jain博士誕生了用紫外光控制CRISPR的想法。

    “當(dāng)他加入MIT的時(shí)候，CRISPR正進(jìn)入爆發(fā)期。他對(duì)用光來(lái)啟動(dòng)CRISPR技術(shù)的想法感到非常振奮。”Jain博士的導(dǎo)師，MIT的Sangeeta Bhatia教授說(shuō)道。

    ▲Piyush Jain博士

    Jain博士并非首個(gè)冒出這樣想法的人。先前，許多研究人員計(jì)劃改造Cas9蛋白，讓它在一定的波長(zhǎng)下才有剪切的效應(yīng)。這樣改造蛋白質(zhì)的設(shè)計(jì)無(wú)疑工程量巨大。而Jain博士則選擇了一條截然不同的道路——在他的設(shè)計(jì)中，只有在特定的波長(zhǎng)下，引導(dǎo)Cas9蛋白的RNA才會(huì)與它結(jié)合。

    具體來(lái)說(shuō)，Jain博士設(shè)計(jì)了一類(lèi)全新的DNA分子，它有兩個(gè)特性：第一，它能夠與向?qū)NA的序列完美結(jié)合，讓向?qū)NA失去了吸引Cas9蛋白的能力；第二，它的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。在波長(zhǎng)為365納米的紫外光下，這類(lèi)DNA會(huì)發(fā)生斷裂，“解放”向?qū)NA.這些RNA也就能順利地與基因組上的特異部位結(jié)合，引來(lái)Cas9蛋白進(jìn)行剪切。

    這項(xiàng)技術(shù)的最大意義，在于能夠在人為選定的時(shí)間，對(duì)選定的細(xì)胞基因組進(jìn)行編輯。因此，它也有極為廣泛的應(yīng)用前景。舉例來(lái)說(shuō)，有些基因只在癌癥發(fā)生的某個(gè)特定階段才起作用，而精準(zhǔn)的剪切能幫助研究人員更好地了解這些基因在癌癥發(fā)生過(guò)程中的作用，從而提供潛在的新靶點(diǎn)。其次，它也能用更精確的方法關(guān)閉腫瘤細(xì)胞中的基因，而不影響到周?chē)恼＜?xì)胞。

    “CRISPR-Cas9系統(tǒng)是一個(gè)非常有效的技術(shù)，能讓科學(xué)家研究基因如何影響細(xì)胞的行為，”佐治亞理工生物醫(yī)學(xué)工程系的James Dahlman教授評(píng)論道：“這一重要的進(jìn)展能讓我們精準(zhǔn)地控制基因的變化。整個(gè)科學(xué)界將因此有一個(gè)全新的工具來(lái)推進(jìn)基因編輯的研究。”

    目前，Jain博士的團(tuán)隊(duì)正在嘗試用這項(xiàng)CRISPR技術(shù)來(lái)“關(guān)閉”皮膚癌細(xì)胞中的致癌基因。這一便于接觸光線的組織，或許將帶來(lái)CRISPR治療癌癥的一大突破。

    參考資料：

    [1] Development of Light-Activated CRISPR Using Guide RNAs with Photocleavable Protectors

    [2] Using light to control genome editing