最近關(guān)于NgAgo的討論激發(fā)了大家對(duì)于基因編輯技術(shù)的熱情，這里簡(jiǎn)單介紹一下相關(guān)技術(shù)，不專(zhuān)業(yè)之處請(qǐng)方家指正。
CRISPR-Cas9技術(shù)自誕生以來(lái)，及大地便利了基因的改造和編輯，在各個(gè)實(shí)驗(yàn)室得到了非常廣泛的應(yīng)用。不過(guò)在其便利之后，CRISPR也有著固有的缺陷。它在尋找基因組特定位點(diǎn)并進(jìn)行切割上表現(xiàn)非常理想，也適用于從細(xì)菌到哺乳動(dòng)物細(xì)胞等不同的生物。但它存在兩點(diǎn)非常重要的缺陷，一是需要在結(jié)合位點(diǎn)附近存在PAM序列，在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用時(shí)不可避免地帶來(lái)一些限制；二是需要額外的引導(dǎo)RNA，而RNA本身并不穩(wěn)定。
今年年初韓春雨老師對(duì)于NgAgo的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)重要的進(jìn)展，從研究者的熱情中也可以看出現(xiàn)有CRISPR體系的不盡如人意。NgAgo僅僅是可能的基因編輯工具之一，讓我們回顧下還有哪些新的技術(shù)：
更小的CRISPR
CRISPR-Cas9的一個(gè)潛在應(yīng)用是用于重寫(xiě)患者體內(nèi)的疾病基因。不過(guò)目前的基因療法中采用的腺病毒載體只能搭載有限長(zhǎng)度的片段（(~4.5kb）。目前主流使用的來(lái)自釀膿鏈球菌的Cas9酶（~4.2kb）加上RNA片段對(duì)于這些病毒來(lái)講太大了，沒(méi)法打包進(jìn)去。一個(gè)解決方案是尋找更小的能夠打包進(jìn)去的Cas9酶。MIT的張峰還真在金黃葡萄球菌（臭名昭著的耐藥菌）中找到了一個(gè)這樣的酶[2]。去年12月，兩個(gè)組成功地利用mini-Cas9糾正了老鼠中假肥大型肌營(yíng)養(yǎng)不良癥的相關(guān)基因。
更多選項(xiàng)
Cas9僅僅是一種能夠操作DNA的酶，人們也在從不同物種，尋找具有不同序列特異性的蛋白。一個(gè)備選是Cpf1，它比Cas9小，而且特異性很高。不過(guò)從本質(zhì)上講Cpf1和Cas9沒(méi)有什么太大區(qū)別，都是RNA誘導(dǎo)的DNA內(nèi)切酶（RNA-guided endonuclease），主要的區(qū)別在于Cpf1不需要tracrRNA，而CRISPR需要crRNA以及tracrRNA（或者一條sgRNA）。另外Cpf1切割后產(chǎn)生黏性末端，而不像Cas9，產(chǎn)生平末端。另外一個(gè)備選的酶C2c2，它的靶標(biāo)是RNA而不是DNA，是細(xì)菌抵御RNA噬菌體的武器（比如MS2噬菌體）。可以用來(lái)對(duì)RNA進(jìn)行研究或者治療RNA病毒帶來(lái)的疾病。
基因編輯
很多組利用CRISPR技術(shù)來(lái)敲除基因中特定片段，從而使該基因失活。很多時(shí)候人們管這個(gè)叫“基因編輯”。不過(guò)說(shuō)實(shí)話，假設(shè)基因組是一本書(shū)的話，燒掉書(shū)中的一頁(yè)并不能叫做“編輯”了這本書(shū)。
當(dāng)很多人試圖利用Cas9進(jìn)行基因編輯的時(shí)候，Cas9會(huì)在DNA上形成一個(gè)斷口，這個(gè)斷口一般會(huì)被修復(fù)通路直接連接起來(lái)（error-prone），這樣就造成了敲除的效果。但如果想重寫(xiě)相應(yīng)的基因片段，就不太方便了，因?yàn)檫@通常依賴(lài)需要模板的修復(fù)通路（比如Homologousrecombination），在生物體中發(fā)生的頻率并不高。
今年4月的一個(gè)工作帶來(lái)了一些進(jìn)展[3]。在該工作中，作者使用了一種改造的Cas9，可以結(jié)合到DNA上，但不能切割。這個(gè)酶上連接了一個(gè)胞苷脫氨基酶（Cytidinedeaminase），可以在Cas9結(jié)合DNA，打開(kāi)雙鏈后，將鄰近基因序列中的C改成U，從而使得對(duì)應(yīng)位置的堿基信息，由G-C，變成A-T。
不過(guò)可以想象，由于Cas9和Cytidine deaminase之間的linker是有彈性的，所以該方法不能對(duì)堿基進(jìn)行精確的編輯。換句話說(shuō)，只能把基因之書(shū)某個(gè)位置的前后幾句話改寫(xiě)（你也不知道是幾句）。
Argonaute家族
這就包括韓老師之前提出的NgAgo。這些蛋白的好處是不需要位點(diǎn)附近有PAM序列，也不需要sgRNA。不過(guò)原來(lái)大家認(rèn)為它們的工作條件比較特殊（畢竟來(lái)自嗜熱菌和嗜鹽菌），不知道能不能找到合適的。目前關(guān)于NgAgo還沒(méi)有定論，也不排除該家族有其他合適的備選。
其他
還有很多體系，大家用了很多年，進(jìn)展也不大。比如丘奇（Church）的實(shí)驗(yàn)室，原來(lái)想找基因編輯的酶，就沒(méi)找到CRISPR，反而找到一個(gè)叫lambda Red的東西。也能進(jìn)行DNA操作，不需要sgRNA，只不過(guò)只能在細(xì)菌中用。。目前張峰和丘奇也在嘗試其他不同的選擇，包括整合酶以及重組酶。用這兩個(gè)酶比較多的，其實(shí)是MIT的Timothy Lu。
責(zé)編：微科普網(wǎng)