革命性基因编辑技术CRISPR渐成科学家新宠

如果只是一份报告发表的话，仅会获得一些关注。但是当有6份报告同时发表时，这便意味着它是大势所趋。细菌也会生病，这对于乳品业来说是一个潜在的大问题。乳品业通常依靠细菌（诸如嗜热链球菌）生产酸奶和乳酪。嗜热链球菌将牛奶中的乳糖分解为有刺激性的乳酸。但是某些病毒，诸如噬菌体能逐步削弱细菌，进而对在细菌作用下生产的食物的质量或数量造成严重损害。

CRISPR技术

2007年，来自丹尼斯克公司（一家总部位于丹麦哥本哈根的食品添加剂公司，目前被杜邦公司收购）的科学家找到了一种能增强细菌防御噬菌体能力的方法。这一发现使得杜邦公司能够为食品生产培育更强壮的菌株。一些基本的原理也被揭示：细菌具备一种有高度适应性的免疫系统，使得它们能击退来自某种噬菌体的多次进攻。

突然之间，不仅是食品科学家和微生物学家，很多领域都意识到细菌免疫系统的重要性，因为它具备一个非常有价值的特性：以某个特定的基因序列为目标。今年1月，4个研究团队报告了这一被称为CRISPR的系统。在接下来的8个月中，许多科研团队利用它来删除、添加、激活或抑制人体、老鼠、斑马鱼、细菌、果蝇、酵母、线虫和农作物细胞中的目标基因，从而证明了这个技术的广泛适用性。

美国哈佛大学的George Church说，生物学家最近开发了一些新方法来精确操纵基因，“但CRISPR的功效和易用性在各方面都更胜一筹”。Church的实验室是首批将该技术应用于人体细胞的实验室之一。

基于CRISPR，科学家构建人类疾病小鼠模型的速度要比之前快得多，研究单个基因则更为快速，能立刻容易地改变细胞中的多个基因，以便研究它们的相互作用。但是今年研究CRISPR的热潮可能会减退，因为这种方法的局限性开始显现。但Church和其他CRISPR的先驱者已经成立了公司，希望利用这项技术治疗遗传性疾病。美国波兹曼市蒙大拿州立大学生物化学家Blake Wiedenheft说：“我不认为有任何领域的任何例子能够说明这项技术发展得过快。”

蹒跚起步

这种新基因工程工具于1987年被首次报道，一个研究团队在一个细菌基因的一端观察到一个奇怪的重复序列。这一现象当时并未引起太多人的注意。十年后，破译微生物基因组的生物学家经常发现类似令人费解的模式（一个DNA序列紧跟着几乎完全相同但以相反方向构造的序列）。这一模式出现在超过40%的细菌和90%的古生菌中。

很多研究人员假定这些奇怪的序列是毫无意义的，但是2005年，三个生物信息学团队报告，间隔区DNA通常和噬菌体的基因序列相匹配，表明CRISPR在微生物免疫中可能发挥了作用。加州大学（UC）伯克利分校生物化学家Jennifer Doudna说：“这是一个非常重要的线索。”而马里兰州贝塞斯达市美国国家生物技术信息中心的Eugene Koonin和他的同事则提出，细菌和古生菌占据了噬菌体DNA，之后将其作为RNA分子（能阻止外来DNA的匹配）的一个模板保存起来，就像真核细胞利用一个被称作核糖核酸干扰（RNAi）的系统摧毁RNA一样。

2007年，丹尼斯克团队的Rodolphe Barrangou、Philippe Horvath和其他人证明，他们能通过添加或删除和噬菌体DNA相匹配的间隔区DNA，改变嗜热链球菌对噬菌体攻击的抵抗力。在那时，Barrangou（目前就职于美国罗利市北卡罗来纳州立大学）并未充分发挥CRISPR的全部潜能。他说：“我们还不清楚这些元素能否像引人注目的基因编辑技术那样，成为随时可利用的技术。”

Doudna与目前任职于德国亥姆霍兹感染研究中心和汉诺威医学院的Emmanuelle Charpentier开展了下一个步骤。它们独立地梳理了各种和CRISPR相关的蛋白质所发挥的作用，研究间隔区DNA如何在细菌的免疫防御中发挥作用。但是这两名专家很快转而研究依赖一种被称为Cas9的蛋白质的CRISPR系统，因为这个CRISPR系统比其他CRISPR系统更简单。

遭遇噬菌体入侵时，CRISPR会作出反应，此时细菌把间隔区DNA和DNA回文序列转录成一串长的RNA分子。tracrRNA（一个额外的RNA片段）和Cas9一起作用产生crRNA（源自间隔区的RNAs）。Charpentier的团队于2011年将这一发现报告在《自然》杂志上。该团队提出，Cas9、tracrRNA和crRNA一起以某种方法攻击和crRNA配对的外来DNA。(2013/08/27)