除了CRISPR,你还应该知道的基因编辑方法

1、除了 CRISPR，你还应该知道的基因编辑方法图片：Argonaute蛋白（模型如图）是潜在的CRISPR-Cas9基因编辑系统替代品之一CRISPR-Cas9系统让科学家可以按自己的想法改造基因，由于比先前的技术更简单、成本 更低、更万能，CRISPR-Cas9几乎席卷了全世界的实验室，为基础研究和医药领域寻找更 多有应用价值的发现。但与贡献相对应的是，CRISPR-Cas9也有其局限性。今年中国的研 究人员韩春雨发布了一套新的基因编辑系统NgAgo，让全世界的研究人员都燃起了极大的 热情，因为它有望替代CRISPR-Cas9，但正如哈佛医学院的遗传学者George Church所 言：这也

2、同时提醒我们每一个新技术都很脆弱。NgAgo也只是越来越多的基因编辑工具之一，它们有些是在CRISPR的基础上进行改变， 有些是寻找新的基因组编辑方法。本文总结了目前主流的基因剪辑技术研究方向。1、mini-me或许未来CRISPR-Cas9会被用来改写遗传疾病的基因，但一条RNA链和一个Cas9酶的 组合太过庞大，并不适合用于目前最常用的疾病治疗一一将外源基因整合到病毒上再转入人 体细胞这一过程。目前的解决方案是采用一种从金黄色葡萄球菌里提取的mini-Cas91,它 足够小能够进入目前市场上用于基因疗法的病毒内部。去年12月，有两个研究组用mini-meCas9来修正了小鼠的杜氏肌营养不良

3、基因2,3。2、扩大剪辑范围Cas9并不是随意剪辑基因，而是只能在有特定DNA序列的位点进行剪辑，很多基因组都 能满足这个需求，但对于另一些实验就是很痛苦的限制。研究人员正在寻找能够提供剪辑不 同序列的酶的微生物，这样才能扩大能够修饰的基因的范围。其中一种叫做C pf1的酶可能 会成为一种有吸引力的选择，它比Cas9小，有不同的序列要求并且高度特异4,5。另外一 种酶C2c2，它的靶序列是RNA而不是DNA，它的潜力在于可以通过研究RNA基因组来 对抗病毒6。3、真正的基因编辑很多实验室用CRISPR-Cas9都只是删除部分基因来废除某种功能，正如Church所言“人 们希望听到胜利的消息，但

4、是烧掉一页书并不算是编辑一本书。”那些想要交换序列的研究面 临的困难更大。当Cas切掉基因后，细胞通常会把断裂的序列链接起来，这就是做基因切 除的研究人员们想要的。但对于想要改写基因的研究人员，他们依赖的的是另一种可以插入 序列的细胞修复机制，这当然比普通的连接修复机制频率低得多。明尼苏达大学的植物学研 究人员Daniel Voytas说“很多人都认为未来是可以编辑很多基因，但我认为我们甚至连目 前这一个都做不到合理的效率。”但过去几个月的发展给了 Voytas希望，今年4月份的时候研究人员发布了一项研究结果， 用失活的Cas9绑定另外一种酶，成功地改变了 DNA链上特定的碱基。时候的Cas9

5、仍然 可以通过引导RNA定位到特定的DNA序列，但是不进行剪辑，由附加的酶对DNA位点进 行编辑，最后把该位点的C变成了 T7。上周science上发表的一篇论文也得到了类似 的结果8。Voytas和研究人员对于通过失活的Cas9绑定其他酶这一方法充满了希望，这 也许会带来不同对DNA序列的不同及改变。4、关于Argonautes的探索今年5月，在Nature Biotechnology上的一篇论文公开了一种完全全新的基因编辑系统 9。研究人员称他们可以用NgAgo蛋白在特定的位点切断DNA序列而不需要引导RNA， 也不需要附近有特定的基因序列，相反的，这种来源于细菌的蛋白质是通过一小段DNA

6、序 列匹配到目标区域的。这一发现在研究领域炸开了锅，业内纷纷猜测CRISPR-Cas9可能 要被取代了，但目前还没有实验室能重复出这一结果。即便如此，仍有希望从NgAgo蛋白 所属家族的其他蛋白上找到前进之路。5、重组酶其他的编辑系统也在研究中，虽然其中有一部分已经徘徊了多年。为了能够广泛的编辑细菌 基因Church的实验室并没有采用CRISPR系统而是使用一种叫做lambda Red的系统， 也是不需要引导RNA就可以改变DNA序列。Church的实验室已经研究了 lambda Red13 年，目前它只能用于细菌DNA编辑。Church和MIT的张峰教授都表示，他们的实验室在 研究整合酶和重

7、组酶用于基因编辑。张教授说“通过扩展酶的多样性，我们能得到更多强有 力的工具，我们必须去探索未知的世界。”以上就是目前基因编辑工具研究的主要方向。主流技术的局限性会催生对其他可能性的探索， 我们也期待科学家们能够探索出更加高效的基因编辑技术。8月8日，韩春雨教授在nature 上发布了他的实验详细步骤，希望这对于各位研究人员重复实验能有帮助，也期望尽快看到 正面的结果。原文Beyond CRISPR: A guide to the many other ways to edit a genome. Nature 536, 136-137(11 August 2016) doi:10.1038/

8、536136b参考文献Ran, F. A. et al. Nature 520, 186-191 (2015).Nelson, C. E. et al. Science 351,403-407 (2016).Tabebordbar, M. et al. Science 351,407-411 (2016).Kim, D. et al. Nature Biotechnol. HYPERLINK /10.1038/nbt.3609 /10.1038/nbt.3609 (2016).Kleinstiver, B. P. et al. Nature Biotechnol. HYPERLINK /10.1038/nbt.3620 /10.1038/nbt.3620 (2016).Abudayyeh, O. O. et al. Science 353, aaf5573 (2016).Komor, A. C., Kim, Y. B., Packer, M. S., Zuris, J. A. & Liu, D. R. Nature 533, 420 -424 (2016).Nishida, K.