如果說到近幾年來生物學(xué)領(lǐng)域取得的重大突破，或許很多人都會提到CRISPR.作為一項極具潛力的基因編輯技術(shù)，CRISPR不但在新藥研發(fā)的高通量篩選過程中扮演了越來越重要的角色，更有直接應(yīng)用于臨床的能力——今年6月，美國NIH下屬的重組DNA咨詢委員會投票一致通過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，以期治療非小細胞肺癌。不難想象，未來我們將看到更多CRISPR的應(yīng)用誕生。

    作為一款基因編輯工具，在臨床應(yīng)用時，科學(xué)家們往往希望CRISPR能夠在他們想要的時候，精準(zhǔn)地作用于他們感興趣的細胞，而不希望簡單粗放地對所有細胞“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)家們開發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)，則讓CRISPR有望走入精準(zhǔn)時代。

    這項技術(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干擾的進程。與RNA干擾類似，CRISPR的基因編輯機理中也離不開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的時候，CRISPR正進入爆發(fā)期。他對用光來啟動CRISPR技術(shù)的想法感到非常振奮。”Jain博士的導(dǎo)師，MIT的Sangeeta Bhatia教授說道。

    ▲Piyush Jain博士

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

    具體來說，Jain博士設(shè)計了一類全新的DNA分子，它有兩個特性：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。在波長為365納米的紫外光下，這類DNA會發(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Cas9蛋白進行剪切。

    這項技術(shù)的最大意義，在于能夠在人為選定的時間，對選定的細胞基因組進行編輯。因此，它也有極為廣泛的應(yīng)用前景。舉例來說，有些基因只在癌癥發(fā)生的某個特定階段才起作用，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)生過程中的作用，從而提供潛在的新靶點。其次，它也能用更精確的方法關(guān)閉腫瘤細胞中的基因，而不影響到周圍的正常細胞。

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

    目前，Jain博士的團隊正在嘗試用這項CRISPR技術(shù)來“關(guān)閉”皮膚癌細胞中的致癌基因。這一便于接觸光線的組織，或許將帶來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