生物通報(bào)道  麻省理工學(xué)院的張鋒（Feng Zhang）博士是近兩年大熱的CRISPR/Cas9技術(shù)的先驅(qū)開創(chuàng)者之一。2013年，這位80后的年輕華人科學(xué)家開發(fā)出了可用來(lái)編輯DNA、敲除指定基因的CRISPR/Cas系統(tǒng)，自此之后一直致力于推動(dòng)這一技術(shù)走向完美。

他還與4 位 CRISPR 技術(shù)先驅(qū)合作創(chuàng)辦了愛(ài)迪塔斯醫(yī)藥公司（Editas Medicine），旨在利用 CRISPR 基因編輯技術(shù)開發(fā)出直接更改致病基因的療法。2013年底，張鋒被《自然》（Nature）雜志評(píng)選為了年度十大科學(xué)人物之一。

2014年年初，張鋒博士課題組與東京大學(xué)的研究人員合作，生成了CRISPR-Cas 系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分——Cas9復(fù)合體的第一張高分辨率圖像。這些發(fā)表在本周《細(xì)胞》（Cell）雜志上的研究成果，有望幫助研究人員改良及進(jìn)一步操控這一工具加速基因組研究，使得這一技術(shù)更加接近應(yīng)用于人類遺傳疾病治療（延伸閱讀：CRISPR研究先鋒張鋒博士Cell發(fā)表最新成果）。

而在最新一期（6月5日）的《細(xì)胞》（Cell）雜志上，張鋒博士發(fā)表了題為“Development and Applications of CRISPR-Cas9 for Genome Engineering”的最新綜述文章，現(xiàn)可供讀者在線免費(fèi)閱讀。

作者寫到，上世紀(jì)70年代開發(fā)出重組DNA技術(shù)標(biāo)志著一個(gè)生物學(xué)新時(shí)代的開始。第一次，分子生物學(xué)家們獲得了操控DNA分子的能力，使得研究某些基因以及利用它們來(lái)開發(fā)出新型的醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)變?yōu)榭赡堋＝�年�?lái)，基因組工程學(xué)技術(shù)取得的進(jìn)展引發(fā)了一場(chǎng)生物研究新革命。不再是在脫離基因組的背景下研究DNA，研究人員現(xiàn)在可以在幾乎所有選擇的生物體中直接編輯或是調(diào)控DNA序列的功能，使得他們能夠闡明系統(tǒng)水平上基因組的功能組織，并鑒別出因果遺傳變異。

廣義上講，基因組工程學(xué)就是指對(duì)基因組，它的環(huán)境（例如表觀遺傳標(biāo)記），或它的輸出信號(hào)（例如轉(zhuǎn)錄本）進(jìn)行靶向修飾的過(guò)程。能夠在真核生物，尤其是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中輕易及有效地做到這一點(diǎn)，為改變基礎(chǔ)科學(xué)、生物技術(shù)和醫(yī)藥帶來(lái)了極大的希望。

在生命科學(xué)研究中，一些可以刪除、插入和修飾細(xì)胞或生物體DNA序列的技術(shù)，使得闡析特異基因和調(diào)控元件的功能成為可能。多重編輯可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在更大的規(guī)模上調(diào)查基因或是蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。同樣，操控轉(zhuǎn)錄調(diào)控或是特異位點(diǎn)的染色質(zhì)狀態(tài)可以揭示出細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的組織和利用機(jī)制，闡明基因組結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。

在生物技術(shù)中，精確地操控遺傳構(gòu)件和調(diào)控機(jī)器還可以推動(dòng)逆向操控或重建有用的生物系統(tǒng)，例如在工業(yè)相關(guān)的生物體中提高生物燃料生產(chǎn)信號(hào)通路或是構(gòu)建出抗感染的作物。此外，基因組工程學(xué)正在推動(dòng)新一代的藥物研發(fā)和醫(yī)藥治療。同時(shí)干擾多個(gè)基因可以模擬出作為復(fù)雜多基因疾病基礎(chǔ)的累加效應(yīng)，促成新的藥物靶點(diǎn)，而基因組編輯則可以在人類基因治療的背景下直接糾正有害突變。

真核生物基因組包含數(shù)以億計(jì)的DNA堿基，因此難于對(duì)其進(jìn)行操控。開發(fā)出借助同源重組（HR）的基因打靶技術(shù)是基因組操控取得的一個(gè)突破。通過(guò)操作具種系嵌合能力（germline competent）的干細(xì)胞，HR介導(dǎo)的基因打靶促進(jìn)了生成敲進(jìn)和敲除動(dòng)物模型。然而，盡管HR介導(dǎo)的基因打靶可高度精確地改變遺傳序列，但目的重組事件的效率卻非常低下，給大規(guī)模應(yīng)用基因打靶實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。

為了克服這些挑戰(zhàn)，近年來(lái)開發(fā)出了一系列基于核酸酶的可編程基因組編輯技術(shù)，使得能夠靶向性地、高效地改造多種真核生物，尤其是哺乳動(dòng)物物種。在當(dāng)前的基因組編輯技術(shù)中，發(fā)展最快的就是一類稱作為Cas9的RNA引導(dǎo)核酸酶，其來(lái)自于細(xì)菌的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)CRISPR,借助于短RNA分子的引導(dǎo)Cas9可以輕易地靶向幾乎所有的基因組選擇位點(diǎn)。

在這篇綜述中，作者概述了CRISPR/Cas9作為一種平臺(tái)技術(shù)的開發(fā)狀況以及在基因組編輯方面的應(yīng)用，也討論了其存在的一些挑戰(zhàn)，以及未來(lái)的創(chuàng)新之路。

（生物通：何嬙）

生物通推薦原文摘要：

Development and Applications of CRISPR-Cas9 for Genome Engineering

Recent advances in genome engineering technologies based on the CRISPR-associated RNA-guided endonuclease Cas9 are enabling the systematic interrogation of mammalian genome function. Analogous to the search function in modern word processors, Cas9 can be guided to specific locations within complex genomes by a short RNA search string. Using this system, DNA sequences within the endogenous genome and their functional outputs are now easily edited or modulated in virtually any organism of choice. Cas9-mediated genetic perturbation is simple and scalable, empowering researchers to elucidate the functional organization of the genome at the systems level and establish causal linkages between genetic variations and biological phenotypes. In this Review, we describe the development and applications of Cas9 for a variety of research or translational applications while highlighting challenges as well as future directions. Derived from a remarkable microbial defense system, Cas9 is driving innovative applications from basic biology to biotechnology and medicine.