最新Nature，Nature子刊公布CRISPR两项突破性成果

　　近年来，CRISPR/Cas9系统的发现和开发带来了许多新希望。最新Nature和Nature Communications杂志公布了两项重要成果，分别报道了首次哺乳动物CRISPR-Cas9基因驱动，以及第三种CRISPR-Cas系统。

　　作为生命的基本遗传物质，DNA的精准编辑和快速检测一直以来备受关注。近年来，CRISPR/Cas9系统的发现和开发带来了许多新希望。最新Nature和Nature Communications杂志公布了两项重要成果：“Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR–Cas9 in the female mouse germline”，“Engineering of CRISPR-Cas12b for human genome”，分别报道了首次哺乳动物CRISPR-Cas9基因驱动，以及第三种CRISPR-Cas系统。

　　第一篇文章中，加州大学圣地亚哥分校的研究人员探索了CRISPR-Cas9编辑技术是否能够在哺乳动物中成功实施基因驱动，结果证明CRISPR-Cas9能改变雌性小鼠生殖系，驱动白色毛皮和红色荧光蛋白的表达。

　　这一研究成果公布在Nature杂志上。由加州大学圣地亚哥分校的进化发育生物学家Kimberly Cooper领导完成。

　　一位未参与该研究的科学家认为，“这是第一篇描述哺乳动物中基因驱动的重要成果。”

　　基因驱动（gene drive）能将外源基因快速引入动物群体，并由此消除相关疾病，或者对害虫和入侵物种进行控制。这种方法确保后代优先继承一个父母的特定等位基因，因此即使它对物种繁殖或者存活有害，这种突变也可以快速传播。

　　Cooper表示，她的团队最开始是希望能复制其它物种的遗传改变，以便了解这些遗传改变的作用是什么，但是利用传统的小鼠遗传学进行转基因操作，得到每个转基因两个纯合等位基因，很困难。

　　为此Cooper求助于两位加州大学圣地亚哥分校的同事：Ethan Bier和Valentino Gantz。他们曾在2015年报道了果蝇的基因驱动。

　　在最新的研究中，Cooper等人聚焦于Tyrosinase（酪氨酸酶）基因，这种基因能决定皮毛的颜色，方便研究人员了解基因驱动是否发生了。他们利用包含导向RNA的基因驱动插入到酪氨酸酶基因上，将一种红色荧光蛋白的基因插入到酪氨酸酶的第四个外显子中。

　　同时也将转基因导入到精子，卵细胞和胚胎发育过程中不同时间和不同地点激活cas9的基因群，这样研究人员培育出的动物，看看它们发生了什么变化，如果长出来的动物是白色毛皮的，那么就表明Cas9剔除了酪氨酸酶基因；如果动物能发红光，那就表明切割的酪氨酸酶已经用其工程基因的拷贝进行了修复。

　　Cooper等人已经将这项技术应用于肢体发育和进化的三趾跳鼠的研究，“这为为生物医学研究和药物设计制作了实验小鼠”，也回答了关于进化的其他问题。

　　总体来说，这项研究精确了雌性小鼠Cas9生成的时间，分析了更高的效率是否能决雄性小鼠缺乏同源定向修复的问题。“这是第一次证明可行，但还不是很完美，因此还有待改进，“Cooper说。

　　另外一项研究中，张锋等人开发了第三种基因编辑工具CRISPR-Cas12b。我们知道CRISPR-Cas9系统有很多类，其中第2类系统包括基于cas9、cas12和cas13效应蛋白的II、V和VI型，之前研究发现Cas12包含一个单一的Ruvc核酸酶结构域，该结构域切割PAM序列附近的dsDNA，非特异性地切割SSDNA，可以分成V-A亚型( cas12a )和V-B亚型( cas12b )。

　　最新研究构建了酶活最高的突变体BhCas12b v4（K846R/S893R/E837G），它有以下几个优点：

　　（1）酶活与SpCas9、AsCas12a相当，但特异性比更SpCas9更高，其安全性更适合于临床应用；

　　（2）在基因组里PAM数量与AsCas12a相当，扩大了基因组的靶向范围；

　　（3）蛋白更小（BhCas12b：1108个氨基酸、SpCas9：1369个氨基酸、AsCas12a：1353个氨基酸），尤其适合用于腺相关病毒AAV介导的基因治疗。

　　因此，该系统具有极大的应用前景，有望开发出新一代安全高效的基因编辑工具。

　　研究团队相信，在继Cas9和Cas12a之后，改造的Cas12b将以其分子量小和靶向特异性高的两大特点，成为又一款在体编辑人类基因组的有力工具。并且，这一显著提升Cas12b效率的改造工程也为解锁更多CRISPR工具提供了富有启发的指导。