基因编辑技术之CRISPR/Cas系统
2012年以来，CRISPR-Cas基因编辑技术便已引发基因工程变革。CRISPR/Cas被《科学》杂志列为2013年年度十大科技进展之一，受到人们的高度重视。在CRISPR/Cas系统中，涉及细菌基因组中的独特DNA区域，也是储存病毒DNA片段从而允许细胞能够识别任何试图再次感染它的病毒的地方，CRISPR经转录产生的RNA （被称作crRNA）识别入侵性病毒的遗传物质。本文总结了近两年来CRISPR-Cas基因编辑技术相关的突破性研究。
2016年6月，布罗德研究所成员Feng Zhang和他的同事们首次描述了一种靶向RNA的CRISPR相关酶（之前被称作C2c2，如今被称作Cas13a），而且能够经编程后切割细菌细胞中的特定RNA序列(1)。2016年9月发表在Nature期刊上的一篇论文中，美国加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna、Alexandra East-Seletsky和他们的同事们利用Cas13a的这种附带切割活性检测RNA(2)。不过，这种方法需要存在几百万个RNA分子，因而缺乏很多研究和临床应用所需的灵敏度。
2017年6月29日的发表在Cell期刊上的一项研究中，来自美国哈佛医学院和康奈尔大学的研究人员获得来自嗜热裂孢菌（Thermobifida fusca）的I型CRISPR复合体的近原子分辨率的图片，揭示出它的作用机制的关键步骤(3)。这些发现提供改善CRISPR在生物医学应用时的效率和准确性所需的结构数据。
2017年7月在一项来自丹麦哥本哈根大学的研究中，研究人员发现了一种新的被称作Cpf1的分子剪刀如何让DNA解链，并对它进行切割(4)。这个CRISPR-Cas家族成员表现出较高的准确性，能够像全球定位系统（GPS）那样发挥作用以便鉴定出基因组中的靶位点。Cpf1的高精准度将会改进这种技术在修复基因损伤、其他医学应用和生物技术应用上的使用。这些研究人员成功地可视化观察和描述了Cpf1的工作方式。这种蛋白属于Cas家族，能够切割双链DNA，因而允许启动这种基因组修饰过程。
2017年7月20日在线发表在Science期刊上发表的一项研究中，来自美国加州大学伯克利分校的研究人员发现Cas1-Cas2如何找出它们将病毒DNA片段插入到细菌基因组中的这个位点，这样Cas1-Cas2随后就能够识别这种病毒DNA片段和发起攻击(5)。在这项研究中，研究人员利用电子显微技术和X射线晶体分析技术捕获到Cas1-Cas2将病毒DNA片段插入到细菌基因组的CRISPR区域中时的结构图。这些结构图揭示出第三种蛋白IHF（在Cas1-Cas2整合酶中，Cas1是第一种蛋白，Cas2是第二种蛋白）结合到这个插入位点的附近，让靶DNA弯曲成一种U形结构，从而允许Cas1-Cas2同时结合到靶DNA的两个末端上。这种反应要求靶DNA弯曲和部分解链，而且这种情形仅在适当的靶DNA上发生。
参考文献
1. Abudayyeh OO, Gootenberg JS, Konermann S, etal: C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPReffector. Science 353: aaf5573, 2016.
2. East-Seletsky A, O'Connell MR, Knight SC, etal: Two distinct RNase activities of CRISPR-C2c2 enable guide-RNA processingand RNA detection. Nature 538: 270-273, 2016.
3. Xiao Y, Luo M, Hayes RP, et al: StructureBasis for Directional R-loop Formation and Substrate Handover Mechanisms inType I CRISPR-Cas System. Cell 170: 48-60.e11, 2017.
4. Stella S, Alcon P and Montoya G: Structureof the Cpf1 endonuclease R-loop complex after target DNA cleavage. Nature 546:559-563, 2017.
5. Wright AV, Liu JJ, Knott GJ, Doxzen KW,Nogales E and Doudna JA: Structures of the CRISPR genome integration complex.Science 2017.
