作為生命的基本遺傳物質(zhì)，DNA的精準(zhǔn)編輯和快速檢測一直以來備受關(guān)注。近年來，CRISPR/Cas9系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)帶來了許多新希望。最新Nature和Nature Communications雜志公布了兩項(xiàng)重要成果：“Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR–Cas9 in the female mouse germline”，“Engineering of CRISPR-Cas12b for human genome”，分別報(bào)道了首次哺乳動(dòng)物CRISPR-Cas9基因驅(qū)動(dòng)，以及第三種CRISPR-Cas系統(tǒng)。

第一篇文章中，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員探索了CRISPR-Cas9編輯技術(shù)是否能夠在哺乳動(dòng)物中成功實(shí)施基因驅(qū)動(dòng)，結(jié)果證明CRISPR-Cas9能改變雌性小鼠生殖系，驅(qū)動(dòng)白色毛皮和紅色熒光蛋白的表達(dá)。

這一研究成果公布在Nature雜志上。由加州大學(xué)圣地亞哥分校的進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)家Kimberly Cooper領(lǐng)導(dǎo)完成。

一位未參與該研究的科學(xué)家認(rèn)為，“這是第一篇描述哺乳動(dòng)物中基因驅(qū)動(dòng)的重要成果?！?/p>

基因驅(qū)動(dòng)（gene drive）能將外源基因快速引入動(dòng)物群體，并由此消除相關(guān)疾病，或者對害蟲和入侵物種進(jìn)行控制。這種方法確保后代優(yōu)先繼承一個(gè)父母的特定等位基因，因此即使它對物種繁殖或者存活有害，這種突變也可以快速傳播。

Cooper表示，她的團(tuán)隊(duì)最開始是希望能復(fù)制其它物種的遺傳改變，以便了解這些遺傳改變的作用是什么，但是利用傳統(tǒng)的小鼠遺傳學(xué)進(jìn)行轉(zhuǎn)基因操作，得到每個(gè)轉(zhuǎn)基因兩個(gè)純合等位基因，很困難。

為此Cooper求助于兩位加州大學(xué)圣地亞哥分校的同事：Ethan Bier和Valentino Gantz。他們曾在2015年報(bào)道了果蠅的基因驅(qū)動(dòng)。

在最新的研究中，Cooper等人聚焦于Tyrosinase（酪氨酸酶）基因，這種基因能決定皮毛的顏色，方便研究人員了解基因驅(qū)動(dòng)是否發(fā)生了。他們利用包含導(dǎo)向RNA的基因驅(qū)動(dòng)插入到酪氨酸酶基因上，將一種紅色熒光蛋白的基因插入到酪氨酸酶的第四個(gè)外顯子中。

同時(shí)也將轉(zhuǎn)基因?qū)氲骄樱鸭?xì)胞和胚胎發(fā)育過程中不同時(shí)間和不同地點(diǎn)激活cas9的基因群，這樣研究人員培育出的動(dòng)物，看看它們發(fā)生了什么變化，如果長出來的動(dòng)物是白色毛皮的，那么就表明Cas9剔除了酪氨酸酶基因；如果動(dòng)物能發(fā)紅光，那就表明切割的酪氨酸酶已經(jīng)用其工程基因的拷貝進(jìn)行了修復(fù)。

Cooper等人已經(jīng)將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于肢體發(fā)育和進(jìn)化的三趾跳鼠的研究，“這為為生物醫(yī)學(xué)研究和藥物設(shè)計(jì)制作了實(shí)驗(yàn)小鼠”，也回答了關(guān)于進(jìn)化的其他問題。

總體來說，這項(xiàng)研究精確了雌性小鼠Cas9生成的時(shí)間，分析了更高的效率是否能決雄性小鼠缺乏同源定向修復(fù)的問題?！斑@是第一次證明可行，但還不是很完美，因此還有待改進(jìn)，“Cooper說。

另外一項(xiàng)研究中，張鋒等人開發(fā)了第三種基因編輯工具CRISPR-Cas12b。我們知道CRISPR-Cas9系統(tǒng)有很多類，其中第2類系統(tǒng)包括基于cas9、cas12和cas13效應(yīng)蛋白的II、V和VI型，之前研究發(fā)現(xiàn)Cas12包含一個(gè)單一的Ruvc核酸酶結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域切割PAM序列附近的dsDNA，非特異性地切割SSDNA，可以分成V-A亞型( cas12a )和V-B亞型( cas12b )。

最新研究構(gòu)建了酶活最高的突變體BhCas12b v4（K846R/S893R/E837G），它有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
（1）酶活與SpCas9、AsCas12a相當(dāng)，但特異性比更SpCas9更高，其安全性更適合于臨床應(yīng)用；
（2）在基因組里PAM數(shù)量與AsCas12a相當(dāng)，擴(kuò)大了基因組的靶向范圍；
（3）蛋白更?。˙hCas12b：1108個(gè)氨基酸、SpCas9：1369個(gè)氨基酸、AsCas12a：1353個(gè)氨基酸），尤其適合用于腺相關(guān)病毒AAV介導(dǎo)的基因治療。

因此，該系統(tǒng)具有極大的應(yīng)用前景，有望開發(fā)出新一代安全高效的基因編輯工具。

研究團(tuán)隊(duì)相信，在繼Cas9和Cas12a之后，改造的Cas12b將以其分子量小和靶向特異性高的兩大特點(diǎn)，成為又一款在體編輯人類基因組的有力工具。并且，這一顯著提升Cas12b效率的改造工程也為解鎖更多CRISPR工具提供了富有啟發(fā)的指導(dǎo)。

來源：生物通

原文標(biāo)題：

Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR–Cas9 in the female mouse germline

Engineering of CRISPR-Cas12b for human genome