基因組編輯技術CRISPR/Cas9被《科學》雜誌列為2013年年度十大科技進展之一，受到人們的高度重視。CRISPR是規律間隔性成簇短回文重複序列的簡稱，Cas是CRISPR相關蛋白的簡稱。CRISPR/Cas最初是在細菌體內發現的，是細菌用來識別和摧毀抗噬菌體和其他病原體入侵的防禦係統。

        2018年11月26日，中國科學家賀建奎聲稱世界上首批經過基因編輯的嬰兒---一對雙胞胎女性嬰兒---在11月出生。他利用一種強大的基因編輯工具CRISPR-Cas9對這對雙胞胎的一個基因進行修改，使得她們出生後就能夠天然地抵抗HIV感染。這也是世界首例免疫艾滋病基因編輯嬰兒。這條消息瞬間在國內外網站上迅速發酵，引發千層浪。有部分科學家支持賀建奎的研究，但是更多的是質疑，甚至是譴責。

        即將過去的1月份，有哪些重大的CRISPR/Cas研究或發現呢?小編梳理了一下這個月生物穀報道的CRISPR/Cas研究方麵的新聞，供大家閱讀。

        1.Nature：揭示為何大約40%的細菌缺乏CRISPR-Cas係統

        doi:10.1038/s41586-020-1936-2

        在一項新的研究中，來自英國埃克塞特大學、法國蒙彼利埃大學和新西蘭奧塔哥大學的研究人員揭示了細菌免疫係統如何對它們的宿主有害，並解釋了為何在許多細菌中沒有發現它們。相關研究結果於2020年1月22日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Targeting of temperate phages drives loss of type I CRISPR–Cas systems”。

        CRISPR-Cas是一種細菌免疫係統，可保護細菌免受病毒(稱為噬菌體)的感染。這種免疫係統的作用機製是竊取一小段病毒DNA並在未來的感染中利用這段病毒DNA靶向和破壞匹配的病毒基因組部分。CRISPR-Cas的靶向作用會破壞這種病毒基因組，這意味著無法產生新的病毒拷貝。

        論文第一作者、Westra實驗室研究員Clare Rollie和Anne Chevallereau解釋道，“我們的新結果表明這種細菌免疫係統無法消除溶原性噬菌體，並且在噬菌體感染期間經常導致對宿主有害的自身免疫反應。”

        這種類型的自身免疫反應是由靶向整合到宿主基因組中的病毒DNA的CRISPR-Cas係統引起的，從而導致宿主細胞死亡和病毒釋放。他們發現從基因組中丟失了CRISPR-Cas係統的細菌細胞避免了自身免疫靶向引起的損傷，得以存活和增殖。因此，缺乏這種關鍵的免疫係統是一種優勢。

        2.Nat Commun：幹細胞、CRISPR以及基因測序共同幫助建立腦癌模型

        doi:10.1038/s41467-020-14312-1

        近日，加利福尼亞大學聖地亞哥分校醫學院的研究人員使用基因工程化的人類多能幹細胞，創建了一種新型的癌症模型，用於體內研究膠質母細胞瘤如何隨時間發展和變化。

        共同資深作者Frank B. Funari博士說：“我們已經開發出經過CRISPR改造的幹細胞模型，在膠質母細胞瘤中具有與腫瘤相關的基因突變，攜帶該突變的細胞基本上具有患者來源腫瘤的所有特征，包括染色體外DNA擴增在內。”

        在最近發表在《Nature Communications》雜誌上的文章中，研究人員使用CRISPR編輯技術在原本正常的基因組中進行了靶向突變，從而創造了可促進腫瘤發展的遺傳變異。接受改造的腫瘤細胞在行為，病理學，轉錄組特征以及遺傳突變進化等方麵表現得與4級神經膠質瘤十分相似。

        共同資深作者Gene W. Yeo說：“單細胞RNA測序和計算工具的加入使得我們能夠通過大數據分析真正評估體內腫瘤的異質性。”

        3.Nat Med：基因療法治療杜氏肌營養不良症

        doi:10.1038/s41591-019-0738-2

        杜氏肌營養不良症(DMD)是兒童中最常見的遺傳性肌肉疾病。對此，慕尼黑工業大學(TUM)等機構的研究人員開發出一種基因療法，可以為患有DMD的患者提供永久性的緩解。

        Dystrophin蛋白是肌肉組織再生的關鍵。患有杜氏肌營養不良症的人由於基因突變，缺乏這種必需的蛋白質，因此他們的肌肉細胞會隨著時間的流逝而退化，並逐漸被結締組織和脂肪組織取代。 DMD主要影響男性，因為關鍵的突變位點位於X染色體上。

        由TUM的科學家通過優化Crispr-Cas9基因編輯技術，首次成功地修複了豬中突變的肌營養不良蛋白基因。TUM和德國環境健康研究中心的遺傳學家Wolfgang Wurst教授說：“這些基因剪刀非常有效，並且可以糾正肌營養不良蛋白基因。”與沒有接受該治療的疾病動物相比，所治療的動物對心律不齊的敏感性較低，並且預期壽命增加。

        4.Circulation：CRISPR/Cas9基因編輯或可用於治療LDLR突變型家族性高膽固醇血症

        doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.119.042476

        低密度脂蛋白(LDL)受體(LDLR)突變是家族性高膽固醇血症的主要原因之一，可誘發動脈粥樣硬化，使攜帶者具有較高的終生心血管疾病風險。CRISPR/Cas9係統是基因編輯糾正基因突變從而改善疾病的有效工具。

        通過CRISPR/Cas9係統對體內體細胞進行基因編輯是否可治愈由Ldlr突變引起的家族性高膽固醇血症?本研究在小鼠模型中對此進行研究。研究人員基於相對應的家族性高膽固醇血症相關基因突變建立了一種無義點突變的鼠係——LdlrE208X。采用腺病毒(AAV)-CRISPR/Cas9校正肝細胞Ldlr基因上的點突變。

        研究人員發現純合突變的LdlrE208X小鼠(6隻)經高脂膳食喂養後表現為嚴重的動脈粥樣硬化表型，經AAV-CRISPR/Cas9治療後部分肝細胞的Ldlr突變得到糾正，LDLR蛋白的表達部分恢複(6隻)。與對照組相比(每組6隻)，靶向單導RNA的AAV-CRISPR/Cas9組(6隻)的血清總膽固醇、總甘油三酯和低密度脂蛋白膽固醇均顯著降低，而且主動脈粥樣硬化斑塊較小，巨噬細胞浸潤程度較低。

        5.Nat Commun：新型CRISPR基因編輯技術可用於靶向擴增的抗生素抗性基因

        doi:10.1038/s41467-019-13649-6

        美國加利福尼亞大學聖地亞哥分校的科學家們開發了新型基於CRISPR的基因驅動係統Pro-AG，該係統顯著提高了滅活細菌耐藥性基因的效率。該研究於12月16日發表在《Nature communications》雜誌上。

        抗生素的廣泛使用已導致環境中抗菌素耐藥性的上升。健康專家預測，在未來幾十年中，抗生素耐藥性的威脅可能會急劇增加，如果不加控製，到2050年每年將導致約一千萬的耐藥性疾病死亡。

        Pro-AG是基於CRISPR-Cas9基因編輯技術的改進。Pro-AG係統解決了一個棘手的問題，即以質粒，環狀DNA形式存在的抗生素耐藥性，這種環狀DNA可以獨立於細菌基因組複製。攜帶抗生素抗性基因的質粒的多拷貝或"擴增質粒"可以存在於每個細菌中，並具有在細菌之間轉移抗生素抗性的能力，從而對成功治療提出了艱巨的挑戰。Pro-AG通過插入修複機製來破壞抗生素抗性基因的活性，其效率比目前的插入和破壞方法高至少兩個數量級。

        6.PNAS：利用CRISPR-Cas9模擬小細胞肺癌中的靶基因突變

        doi:10.1073/pnas.1821893117

        小細胞肺癌(SCLC)是一種致命疾病，由於缺乏有效的新療法，其治療效果在30多年來未顯著改善。大規模測序研究已經在人SCLC腫瘤中鑒定出許多反複突變的基因，其功能仍知之甚少。

        在一項新的研究中，來自美國麻省理工學院的研究人員對CRISPR-Cas9係統進行改進，以快速地模擬SCLC小鼠模型中的靶基因突變。通過使用這種係統，他們發現基因p107在SCLC中起著腫瘤抑製基因的作用。此外，p107的喪失賦予了與p107存在密切同源關係的p130的喪失引發的腫瘤表型。這些研究結果表明，這種係統可用於更好地了解有助於SCLC進展的遺傳因素。

        7.Nat Commun：揭示CRISPR-Cas9係統在非人類靈長類動物中不會導致明顯的脫靶效應

        doi:10.1038/s41467-019-13481-y

        CRISPR-Cas9是一種廣泛使用的基因組編輯工具，但其脫靶效應和在靶複雜突變仍然令人擔憂，尤其是考慮到未來的臨床應用。非人類靈長類動物與人類有著密切的遺傳和生理相似性，這使得它們成為開發基於Cas9的療法的理想臨床前模型。但是，尚未在非人類靈長類動物中進行全麵的體內脫靶評估和在靶評估。

        在一項新的研究中，來自中國科學院昆明動物研究所和中國科學院上海營養與健康研究所的研究人員對經過CRISPR-Cas9處理的恒河猴進行全基因組三重測序。他們僅發現少量的可用預期的自發突變來解釋的新生突變，並未檢測到意料之外的脫靶突變。此外，長讀取測序數據未檢測到靶區域中的較大結構變異。