基因操作的新工具
這是一項非常靈活的技術，研究人員可以用它來輕鬆改變基因的表達以更好地了解其功能。
什麼是CRISPR？
CRISPR代表聚集的規則間隔短回文重複 - 一個令人興奮的技術令人難以置信的無聊的名字。 為什麼這個乏味的名字？ 這是因為，當它們在20世紀80年代後期首次在細菌中被發現時，沒有人知道由隨機DNA序列分離的重複DNA的短片段是什麼。 它們只是一些細菌基因組DNA中的一些奇特的特徵。
花了差不多20年的時間，直到加利福尼亞大學的Jennifer Doudna發現這些序列與感染細菌的某些病毒DNA的部分相匹配。 事實證明，CRISPR序列是細菌的一種免疫系統。
它是如何工作的？
Doudna和她的合作者Emmanuelle Charpentier最終發現，當被病毒感染時，具有與病毒DNA匹配的這些短重複DNA片段的細菌將使用它們製造與侵入病毒的DNA結合的RNA 。
然後，由分離CRISPR重複序列的隨機DNA製成的第二片RNA與稱為Cas9的蛋白質相互作用。 這種蛋白質會切割病毒DNA並使病毒失活。
研究人員很快意識到他們可以利用CRISPR的這種能力來切割特定的DNA序列以敲除基因。
雖然還有其他技術，例如鋅指核酸酶和TALENS，可用於靶向和切割基因組DNA中的特定位置，但這些方法依賴龐大的蛋白質將靶序列轉換為DNA中的特定區域。 使用這些較早的方法很難用大量基因設計和進行大規模修飾。
是什麼讓它如此有用？
CRISPR系統僅依賴於兩個短片段的RNA：一個與目標DNA區域匹配，另一個與一個稱為Cas9的蛋白質結合。 事實上，事實證明，這兩個短RNA片段可以組合成雙功能單引導 RNA分子，其既靶向特定的DNA序列又募集Cas9切割蛋白。 這意味著Cas9蛋白和85個鹼基長的一小段RNA是在基因組中幾乎任何地方切割DNA所需要的。 引入DNA來產生單引導RNA和Cas9蛋白幾乎是任何使CRISPR普遍適用的細胞相對簡單。
然而，便捷的定位不是CRISPR技術比其他TALENS和鋅指的唯一優勢。 CRISPR系統比這些替代方法更有效率。
例如，哈佛大學的一個研究小組發現，CRISPR在51％-79％的病例中刪除了一個靶向基因，而TALENS的效率低於34％。 由於這種高效率，另一組能夠使用CRISPR技術直接敲除胚胎小鼠中的基因以在單代中產生轉基因小鼠 。 標準方法需要幾代繁殖才能獲得目標基因的兩個拷貝中的突變。
還有什麼可以做的？
除了刪除一個基因外，一些團體也意識到，通過一些改變，該系統可以用於其他種類的基因操作。 例如，2013年初，麻省理工學院的一個研究小組表明，CRISPR可用於將新基因插入基因組DNA中。 此後不久，加州大學舊金山分校的一個研究小組用CRISPRi系統的修改版來抑制細菌中靶基因的表達。
最近，杜克大學的一個研究小組也建立了一套激活基因組的系統。 現在有幾個研究小組正在研究這些方法的變體，以便同時篩選大量的基因，找出哪一個參與不同的生物反應。
基因工程的發光新玩具
當然，這種基因工程新工具的巨大興奮和急於應用於各種應用。 但是，仍然存在一些需要克服的挑戰，並且新技術通常會遇到這種情況，但需要一段時間才能找出局限性。 例如，哈佛的研究人員發現，CRISPR的定位可能不像最初所想的那樣精確。 當改變DNA時，CRISPR複合物的脫靶效應可能導致意想不到的變化。
儘管如此，CRISPR顯然已經顯示出巨大的潛力來促進基因組DNA的改變，這將有助於研究人員更快地理解人類基因組中數以萬計的基因的功能。 這僅對改善疾病治療和診斷具有重要意義。 此外，隨著額外的發展，該技術本身可能對於新型治療劑有用。 它可能為基因治療提供了一種新的方法。 然而，這些進展是一個辦法。 目前，觀察這種新研究工具的快速發展並思考它可能允許的實驗類型令人興奮。
（發布日期：2013年9月30日）