xCas9 来了！4 倍位点、脱靶率更低的 CRISPR 剪刀

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原文以 Powerful enzyme could make CRISPR gene-editing more versatile 为标题

发布在 2018 年 2 月 28 日的《自然》新闻上

原文作者：Heidi Ledford

改造后的 Cas9 蛋白能够作用于基因组更多位点，且负面作用相对更少。

一种酶经过实验室改造后能够用于基因组更多位点的修饰，同时可以降低出现意外修饰的风险，因而能极大促进 CRISPR-Cas9 基因编辑技术的应用。

来源：Visual Hunt

这种改造后的酶叫做 xCas9。“xCas9 的优势将使它成为实验室的常备品。” David Liu 说。他是博德研究所的一名化学生物学家，主持了对 Cas9 的改造工作。“但是还需要进一步实验来全面评估 xCas9 的潜力。”他补充说道。改造 Cas9 的相关研究发表在《自然》杂志上。

自从 CRISPR–Cas9 技术 5 年前开始使用以来，它已经成为了全球许多生物实验室的重要工具之一。研究人员利用该技术能够更轻松地对基因组更多位点进行修饰，但这项技术仍存在一定局限性。

其中一个局限性是使用时需要一个特定的 DNA 序列，即 PAM 序列，结合到需修饰的位点旁边。自然界不同来源的 Cas9 酶需要不同的 PAM 序列。实验室最常用的 Cas9 是从 A 群链球菌中分离出来的，它对应的 PAM 序列能够靶向基因组中十六分之一的位点。

这足以实现许多应用：研究人员如果想要使特定基因沉默，他们能够对该基因内的许多位点进行修饰。“但当研究人员想要针对某个特定位点进行修饰时，PAM 序列的局限性就显现出来了。”德国斯图加特大学的 Albert Jeltsch 说。

特别是在研究人员研究特定 DNA 序列或特定 DNA 碱基的化学修饰是如何影响基因表达的时候，尤为明显。“解决 PAM 序列的局限非常重要。”Jeltsch 说，“有时候关键片段极小，此时 PAM 序列是否合适就非常重要。”

打磨“分子剪刀”

为了解决上面提到的问题，Liu 和他的同事采取的方法是加速 Cas9 酶在实验室中的演化，并不断累积 Cas9 的特定突变——能让 Cas9 在各种 PAM 位点旁进行剪切。最终他们得到了 xCas9，它可以在大量 PAM 位点旁剪切 DNA，而且可以靶向基因组中四分之一的位点。

实验团队在基因组几十个位点上测试了 xCas9，还将它与碱基编辑器相结合，实现 DNA 单个碱基的交换。出乎 Liu 意料的是，和实验室使用的其他标准酶相比，xCas9 剪切非预期位点的可能性较低。

“同样的方法还能应用于对其它 Cas9 酶的改造，包括一些可能用于基因治疗的相对较小的 Cas9 蛋白。”加州大学圣迭戈分校的生物工程师 Prashant Mali 说，“这些蛋白对 PAM 序列的选择性要求非常高。”

斯坦福大学合成生物学家 Stanley Qi 称这项研究是“耀眼的”，并表示他很想在实验室尝试这种新方法。“这种新的 Cas9 酶让我感到惊讶，它不仅能够识别更多的 PAM，而且特异性更高。”他说，“这是令人惊叹的生物学突破。”