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▎药明康德内容团队编辑 CRISPR-Cas系统为基因编辑提供了强大的多功能工具。近日，顶尖学术期刊《科学》上的一篇研究论文中， 约翰·霍普金斯（Johns Hopkins）医学院的研究团队 介绍了基于CRISPR开发的一套新系统。领衔这项研究的 Taekjip Ha教授 将其命名为“very fast CRISPR”（简称vfCRISPR）。 正如从名字上可以看出来的，这把新款“基因剪刀”有超快的速度。“它可以在激活以后的几秒钟之内对DNA进行定向切割。而用以前的技术，基因编辑可能需要更长的时间，甚至是几小时。”这项研究的第一作者Yang Liu博士说。 
与传统的CRISPR-Cas9系统最大的不同是，新的vfCRISPR使用光照作为启动剪切的开关。为此，科学家们对CRISPR复合物进行了改造。 通常CRISPR需要用一些短片段的RNA分子作为向导，找到基因组DNA上与向导RNA相匹配的序列，然后激活Cas9酶在相应位置剪断DNA分子。研究小组设计了一种对光敏感的RNA向导分子，从而让Cas9只有在细胞暴露于特定波长的光照时才会被激活。 也就是说，CRISPR系统找到目标后，不需要过早地切断基因，而是在目标点做好准备，直到有了光照，立刻启动剪切。这样一来，研究者可以更精确地控制DNA在何时、何地被切断。 
▲用光控制CRISPR剪切的设计原理：RNA向导分子的一端连上特定分子，只有在这种分子被特定波长的光照分解后，RNA与DNA才能完全配对，激活Cas9进行剪切（图片来源：参考资料[2]） 研究人员在培养的细胞中测试了vfCRISPR的剪切效率。在将CRISPR和光激活的RNA分子复合物送入细胞后，他们首先等待了12个小时，让CRISPR复合物结合到DNA分子的目标位置。 然后，研究人员用一束光照射细胞，并追踪CRISPR复合物完成剪切所需的时间。结果显示，细胞接收到光照以后的短短30秒钟内，超过50%的目标已经完成剪切。 同一期《科学》上对vfCRISPR的专文介绍说，尽管过去也有一些方法尝试用光控制Cas9，此次对RNA分子的新设计“展现了迄今为止最快的动力学变化”。 
▲细胞接受光照后，目标基因剪切效率最高达到97%，30秒内约50%DNA断裂（图片来源：参考资料[1]） “我们证明了光激活的基因剪切非常快速，这在生物医学研究中有广泛的应用潜力。”Ha教授说，“揭示CRISPR基因剪切的时间点，让我们能更精确地看到生物学过程。” 接下来，研究人员给出了一个绝佳的例子。当DNA分子被切断后，细胞检测到断裂，会很快开始用酶和蛋白质进行修复。DNA修复过程到底多快呢？借助新的vfCRISPR，科学家们现在得出了答案。 正是因为vfCRISPR能快速、精确并以“按需”的方式剪切DNA，研究人员进一步看清了DNA修复过程的细节。他们利用单细胞荧光成像拍下DNA被剪断后的细胞反应，看到修复蛋白在CRISPR激活后的2分钟内就启动工作，在15分钟后修复完成。 除了让我们看到DNA修复过程中前所未见的细节，研究人员指出，新型CRISPR工具的超高时空分辨率还有很多潜在的应用，比如可以帮助我们了解导致衰老和癌症的DNA活动，研究和治疗与单个基因拷贝异常导致的遗传疾病（例如亨廷顿病），等等。
参考资料： [1] Yang Liu et al., (2020) Very fast CRISPR on demand. Science. DOI: 10.1126/science.aay8204 [2] Darpan Medhi et al., (2020) CRISPR at lightning speeds. Science. DOI: 10.1126/science.abc3997 [3] Light-Activated 'CRISPR' Triggers Precision Gene Editing and Super-Fast DNA Repair. Retrieved June 18, 2020, from https://www./news/newsroom/news-releases/light-activated-crispr-triggers-precision-gene-editing-and-super-fast-dna-repair 本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系wuxi_media@wuxiapptec.com。 新冠病毒专题 | | | | | | | 癌症突破 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 智慧之光 | | | 血检 | | | | | | | | | | | | | | | |  |
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