祝賀MIT張鋒研究組所取得的重要發現，并感謝他們選用來自Sellckchem的高質量產品。 自2013年以來，CRISPR/Cas9成為目前最熱的基因編輯系統。MIT的科學家對CRISPR/Cas9進行了改造。現在，科學家可以用這一技術在細胞中有效啟動任何基因，更簡便地研究不同基因的功能。這一成果發表在2014年12月10日的Nature雜志上。

領導這項研究的張鋒（麻省理工學院腦與認知科學助理教授、McGovern 腦研究所和Broad研究所核心成員，Feng Zhang，音譯張鋒）說，改造后的CRISPR技術，可以快速對整個基因組進行功能篩選，幫助人們鑒定涉及特定疾病的基因。張鋒等人在該研究中就鑒定了讓黑色素瘤細胞抵抗癌癥藥物的幾個基因。基因編輯技術，是指對DNA核苷酸序列進行刪除和插入等操作。基因編輯技術使得人們可以依靠自己的意愿改寫遺傳密碼。長期以來，對DNA的編輯只能通過物理和化學誘變、同源重組等方式來實現。這些方法要么編輯位置隨機，要么需要花費大量人力物力進行操作。

因此，能夠方便而精確的對DNA和核苷酸序列進行編輯，是科研工作者們長期以來的夢想。CRISPR-Cas9系統的誕生和成熟標志這這一夢想逐漸變為現實。在諸如醫療、農業、畜牧業等研究中，這一技術顯現除了巨大的應用前景，具有里程碑意義。CRISPR-Cas9被評為2013年生物學10大突破之一。作為被稱作第三代基因編輯技術的CRISPR-Cas9系統，相比于ZFN系統和TALEN系統，它有著許多無可比擬的優點。

首先，CRISPR-Cas9系統的可用位置更多。理論上基因組中每8個堿基就能找到一個可以用CRISPR-Cas9進行編輯的位置，可以說這一技術能對任一基因進行操作，而TALEN和ZFN系統則在數百甚至上千個堿基中才能找到一個可用位點，大大限制了使用范圍。其次，CRISPR-Cas9系統更具有可拓展性。

例如可以通過對Cas9蛋白的修飾，讓它不切斷DNA雙鏈，而只是切開單鏈，這樣可以大大降低切開雙鏈后帶來的非同源末端連接造成的染色體變異風險。此外還可以將Cas9蛋白連接其他功能蛋白，來在特定DNA序列上研究這些蛋白對細胞的影響。第三，CRISPR-Cas9系統的使用極為方便，只需要簡單的幾步就能完成，幾乎任何實驗室都可以開展工作。CRISPR（成簇的規律間隔短回文重復序列，clustered regularly interspaced short palindromic repeats）本身是一種防御系統，用以保護細菌和古細菌細胞不受病毒的侵害。在這些生物基因組中的CRISPR位點能表達與入侵病毒基因組序列相匹配的小分子RNA 。當微生物感染了這些病毒中的一種，CRISPR RNA就能通過互補序列結合病毒基因組，并表達CRISPR相關酶，也就是Cas，這些酶都是核酸酶，能切割病毒DNA ，阻止病毒完成其功能。

將CRISPR/ Cas系統用于其它非細菌細胞需要滿足兩個條件：一個Cas酶，用于切斷靶標DNA，比如目的基因中的DNA片段，另外一個就是稱為導向RNA（gRNA）的RNA分子，這種分子能通過互補結合靶標。近兩年來，Cas9工具被廣泛用于關閉或替換基因，而張鋒等人這次成功將它改造來啟動基因。之前也有人嘗試過用CRISPR系統啟動基因。他們失活了Cas9的剪切活性，并將Cas9連上活化結構域，這些結構域能夠招募轉錄機器，啟動轉錄過程。

然而這些努力并不能持續啟動基因轉錄。張鋒研究團隊之前曾經獲得了Cas9結合引導RNA和目標DNA的結構，他們決定在此基礎上對CRISPR-Cas9進行改造。科學家過去是將活化結構域連接在Cas9的末端，但效果并不理想。

張鋒團隊意識到，RNA從Cas9復合體伸出的兩個小環是更好的連接位點，這樣活化結構域在招募轉錄機器時就更加靈活。他們用改造后的CRISPR系統成功激活了十個基因。這些基因的轉錄都得到了兩倍以上的增漲，許多基因的活性甚至有了幾個數量級的增加。

隨后，研究人員建立了70, 290個引導RNA的文庫，來靶標人類基因組超過兩萬個基因。他們由此鑒定了讓黑色素瘤抵抗藥物PLX-4720的基因。PLX-4720對于攜帶BRAF突變的患者療效比較好，殘存下來的癌細胞會長成新的腫瘤，導致癌癥復發。研究人員將CRISPR元件引入大量體外培養的黑色素瘤細胞，不同細胞對應靶標不同基因的引導RNA。然后他們用PLX-4720處理這些細胞，由此鑒定幫助癌細胞生存的基因。他們幾個新的抗性基因。這樣的研究可以幫助人們開發新的癌癥藥物。

下一步張鋒實驗室計劃繼續進行篩選，張鋒最感興趣的是利用CRISPR來修復人類組織中的基因，治療諸如亨廷頓氏病和精神分裂癥等神經精神疾病。為了探求這一技術的治療應用，他和其他CRISPR先鋒創立了一家總部設在劍橋的Editas Medicine公司，得到了風險投資基金4300萬美元的支持。

張鋒說：“CRISPR使得我們能夠開始對基因組進行校正。由于易于編程，它將為解決影響少數人但卻極具破壞性的突變開啟大門。” CRISPR/Cas9技術之后的發展如何，讓我們拭目以待！ Reference：Silvana Konermann, Mark D. Brigham, Alexandro E. Trevino, Julia Joung, Omar O. Abudayyeh, Clea Barcena, Patrick D. Hsu, Naomi Habib, Jonathan S. Gootenberg, Hiroshi Nishimasu, Osamu Nureki& Feng Zhang. Genome-scale transcriptional activation by an engineered CRISPR-Cas9 complex. Nature, 10 December 2014。