又见张锋：基因修饰技术再现新突破
►。 图片来源: stan grazier
编者按：
“基因编辑技术领域的进展太快，感觉比现实中的时间要快数倍。”加州大学戴维斯分校的细胞生物学家paul s. knoepfler在《纽约时报》6月3日发表的报道中表示。此言不虚。上个月，河北科技大学的韩春雨刚刚显著推进了编辑dna的基因修饰技术：ngago。6月2日，华人科学家张锋又宣布发现了一种编辑rna的基因编辑工具crispr-c2c2，他表示，“ c2c2是‘crispr工具箱’研发中的里程碑。”“c2c2的应用前景具有多种可能性，我们很高兴可以为生物医学研究提供这一类工具”。
撰文 | 玉宝
责编 | 王承志 陈晓雪
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crispr-cas系统用来编辑dna的技术已非常成熟，成为全世界各大实验室的主流基因编辑工具。最近，和其合作者证实，crispr也可以用来编辑rna。
6月2日，《科学》（science）杂志在线发文，报道了张锋等人在crispr-c2c2这一rna介导的rna编辑系统方面的研究成果。
crispr-c2c2系统能够根据靶向序列特异地编辑单链rna。c2c2，全称为class 2 type vi-a crispr-cas effector，同家族的cpf1 (18), c2c1, and c2c3并无编辑rna的功能。2015年12月，张锋曾经在《分子细胞》(molecular cell)发文，系统梳理过c2c2等四个核酸酶的功能。
crispr是一种半数细菌都具有的免疫系统。细菌可以借此抵御噬菌体和其它微生物的攻击。学界使用广泛的crispr-cas9是专门靶向dna的基因编辑系统。目前crispr领域的研究主要聚焦于改进编辑dna的cas9系统，研究rna编辑系统的实验室比较少。
c2c2是第一个被发现的靶向rna的crispr系统，2015年10月张锋团队即发现了这个特异的系统。c2c2来自一种纤毛菌 leptotrichia shahii，含有hepn结构域。该结构域只存在于rna酶中。这使研究人员猜测c2c2也具有rna酶活性。他们在大肠杆菌中证明了这一点。
首先，他们将c2c2和针对某种rna的噬菌体特异的间隔序列导入大肠杆菌中，然后用这种噬菌体感染细菌。噬菌体是一种可以感染并杀死细菌的病毒。实验发现，细菌可以良好地生长，这说明噬菌体的rna被降解了。如果将间隔序列换成了别的序列，则细菌会被噬菌体感染而无法正常生长。如果将c2c2的hepn结构域中关键的区域突变掉，会使细菌丧失对噬菌体的抵抗性。体外的生化实验也表明c2c2具有rna酶活性，而且依赖于hepn结构域。
c2c2的rna酶的关键位点已经被找到，其引导rna的结构也可以被设计。这使得c2c2可以被改造成良好的rna编辑工具。例如，将其酶活性位点突变后，c2c2可以结合特定rna而不能切割它，这可以使研究人员可以方便地使用荧光标记想要研究的rna。并且c2c2系统具有高通量的特点，可以更广泛地用于基础研究，并推动对人类复杂性状疾病的发病机制研究。
c2c2这个rna酶的发现，开拓了crispr系统的应用范围。它可以用来标记、修饰、和剪切细胞中的rna。经过一系列实验，张锋团队证明 c2c2可以剪切单链rna，并且可以直接在细菌活体内做剪切；但c2c2剪切不了双链rna。
研究人员还发现了c2c2另外一个有趣的特性：当其将靶序列剪切后，它对非靶序列的其它rna序列也有一定的降解功能。敏锐的研究人员发现了这一点后，认为细菌可能存在不同于crispr系统的rna免疫系统。这是下一步研究的方向和重点。而对于需要精确编辑rna的工具来说，这个特性未来需要被克服。
基因敲降（gene knockdown）工具当中，目前应用最广泛的是rna干扰技术。未来该技术有可能被c2c2这类rna编辑系统取代。c2c2系统具有更高的特异性和敲降效率。它具有两个主要优势：
1. c2c2是一个2元件组成的crispr系统，只需要设计起引导作用的rna序列即可。
2. c2c2基因本身可以被转录和翻译，预示着细胞或细菌中可以做c2c2基因的转基因。
目前crispr基因编辑工具越来越完善和齐全了。crispr-cas9对细胞中基因组的遗传改变可以永久性的，而crispr- c2c2却可以临时改变相应基因的调控和表达。c2c2系统由于需要28nt的序列做引导，比前者具有更高的特异性；同时，c2c2系统具有更多的基因编辑功能，可以操纵rna的功能和翻译，也可以用于高通量筛选，制作生物芯片等。
“ c2c2是‘crispr工具箱’研发中的里程碑”，在麻省理工学院的新闻中，张锋自我评价道，“c2c2的应用前景具有多种可能性，我们很高兴可以为生物医学研究提供这一类工具”。值得期待的是，c2c2这个工具的发现，将有助于生物学家研究rna在细胞中的精细功能，也有助于人类疾病发病机理的研究。
参考文献：
1.o.o. abudayyeh et al., “c2c2 is a single-component programmable rna-guided rna-targeting crispr effector,” science, doi:10.1126/science.aaf5573, 2016.
2.broad institute. “new crispr system for targeting rna” ，june 2, 2016
http://news.mit.edu/2016/new-crispr-system-targeting-rna-0602
3.discovery and functional characterization of diverse class 2 crispr-cas systems
http://www.cell.com/molecular-cell/pdf/s1097-2765(15)00775-3.pdf
4.scientists find form of crispr gene editing with new capabilities，http://www.nytimes.com/2016/06/04/science/rna-c2c2-gene-editing-dna-crispr.html?_r=1
