CRISPR将许下一个怎样的未来？

近日，CRISPR界的女神Jennifer Doudna在《Science》杂志上发表了综述文章，展望了CRISPR-Cas技术的应用前景，从基因编辑和转录调控，到成像和诊断。

旷日持久的美国CRISPRZL之争终于落下帷幕。9月10日，美国联邦巡回上诉法院裁定，Broad研究所应获得基因编辑技术CRISPR的关键ZL，而加州大学伯克利分校挑战失败。

然而，这并不妨碍Jennifer Doudna成为人生赢家。加州大学伯克利分校及其合作者在美国仍然拥有将CRISPR技术应用于cell-free系统的ZL，并且在欧洲、中国等地都获得了CRISPRZL。

同时，Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier这对基因编辑领域的姐妹花也一直被认为是诺贝尔奖的有力争夺者。（吃瓜群众还表示，她俩大大提升了生命科学界的平均颜值。。。）

（左二：Emmanuelle Charpentier；左三：Jennifer Doudna）

明明可以靠颜值，人家偏偏要靠才华。Doudna每次发表的文章总能轻松占据生物媒体的头条。从2017年至今，Doudna实验室在行业顶级期刊CNS上发表的文章已经达到七篇，无怪乎被人们称为“CRISPR女神”。

近日，这位女神又联合同事在《Science》杂志上发表了题为“CRISPR-Cas guides the future of genetic engineering”的综述文章，展望了CRISPR-Cas技术的应用前景，从基因编辑和转录调控，到成像和诊断。

“CRISPR-Cas系统的多样性、模块化和高效率正在推动一场生物技术的革命。RNA引导的Cas酶已成为操纵动植物基因组的工具，它正在加快基础研究的步伐，并实现临床和农业上的突破。”

——Gavin Knott & Jennifer Doudna

基因编辑

尽管来自化脓性链球菌的Cas9是最常用的Cas效应物，但它并不是进化军备竞赛中的唯一产物。细菌和古细菌已经进化出许多功能不同的CRISPR-Cas系统。近年来，人们又陆续发现了Cas12a（以前称为Cpf1）和Cas13a（以前称为C2c2）。这些系统将CRISPR-Cas的适用范围扩展到基因编辑之外。

尽管如此，精确的基因组编辑仍然是CRISPR革命中的最前沿。除了寻找复杂疾病的药物靶点，Cas介导的基因编辑还实现了全基因组范围的基因功能筛查。在农业上，它带来了改良的作物。在临床上，它有望治疗遗传病，如杜氏肌营养不良症（DMD），以及神经系统疾病等。

转录调控

Cas9是一种模块化平台，具有独立的DNA结合域和核酸酶结构域。通过突变核酸酶结构域，人们产生了催化活性缺失的Cas9（dCas9），它将蛋白质或RNA组分招募到特定的基因座，从而干扰转录，但不会永久改变DNA。dCas9已经应用在多种细胞上（包括免疫细胞和神经元），实现快速、特异和多重的基因knockdown。

不过，挑战还是存在的。dCas9-效应物的融合仍然具有复杂的脱靶效应，因为融合的催化结构域会靶向相邻甚至不相关的基因座。Doudna认为，未来人们应通过系统验证来控制不可预测的基因座效应，并且进一步提高特异性。

核酸成像

如今，研究人员尝试将dCas9与荧光报告基因融合，对活细胞中的重复性基因组位点进行成像。然而，对于非重复序列，这种方法的信噪比较低。克服信噪比的一种策略是将多个MS2 motif添加到sgRNA上。串联的MS2 motif作为高亲和力的结合位点，招募与荧光报告基因融合的MS2 motif结合蛋白，从而实现信号扩增。使用靶向RNA的RCas9让研究人员能够追踪活细胞中的RNA，检测临床上相关的重复扩增转录本。

核酸检测

基于Cas13a和Cas12a，研究人员开发出简单又便宜的平台，能够可靠检测低水平的核酸。张锋实验室利用Cas13a蛋白的天然RNase活性开发和优化了一种方法，包括SHERLOCK和SHERLOCK v2。Jennifer Doudna的实验室则利用Cas12a的非特异性ssDNA降解开发出另一种称为DETECTR的方法。未来，这些平台有望应用在临床中，实现经济的患者现场诊断（POCT）。