新型CRISPR为啥那么火？

在生物医学领域，如果一个研究方向能连续在顶级期刊上刊发论文，那其热门程度自然不言而喻。上周，张锋教授团队刚刚在《科学》杂志上报道了一种全新的CRISPR基因编辑工具。在今日最新上线的《自然》论文中，又有一款CRISPR基因编辑工具横空出世。

与传统的基因编辑方法不同，这两项工具并不会简单粗暴地切开双链DNA，并期望同源重组机制对切开的位点进行修复。相反，它们利用的是全新的“转座子”系统。

在介绍最新研究前，我们先来看看经典的CRISPR-Cas基因编辑系统——在特定的基因组位点，一种酶会先在双链DNA上切开一个口子。然后根据研究人员们加入的参照序列，这些细胞会使用自身的DNA修复系统，把切开的口子修复成人们所期望的模样。

这套机制在过去已被证明行之有效，但也暴露出了不少潜在的问题，譬如许多细胞在修复DNA时，会引入一些错误。又譬如一些细胞在双链DNA断裂之后，会出现意想不到的副作用。

▲本研究的通讯作者Sam Sternberg教授(图片来源：哥伦比亚大学Sam Sternberg教授实验室官网)

“现在的工具就像是分子剪刀。它们能剪开DNA，但实际上的编辑工作是交给了细胞自身的修复机制，”本研究的通讯作者，哥伦比亚大学的Sam Sternberg教授说道：“你只能祈祷细胞能做好它们的工作。”

为了突破传统工具的局限，研究人员们决定引入不依赖细胞本身的基因编辑元件。而他们最终的发现来自一种看似很危险的生物——霍乱弧菌(Vibrio cholera)。

这种细菌因能引起霍乱而知名。但Sternberg教授与他的学生们在筛选潜在基因编辑元件时，发现这种细菌有着一种优良的特质——它们体内有一种“转座子”，也称跳跃基因。顾名思义，它们能够让基因发生“跳跃”，并整合到基因组的不同位点中。研究人员们指出，这种整合功能并不涉及同源重组修复，也就是经典CRISPR-Cas系统的编辑方法。

▲利用转座子技术定点插入DNA序列的示意图(图片来源：Sam Sternberg/Columbia University Irving Medical Center)

利用这种转座子，研究人员们开发了一种全新的基因编辑系统。与其说它是一把“剪刀”，不如说它是一管“胶水”。利用CRISPR体系，它前往基因组的特定位点。随后，它能以一种高度可控的方法，把外源基因整合入基因组。实验结果表明，他们能将任何不超过10kb的DNA序列插入到任何细菌基因组的特定位点。

“我们并没有简单引入DNA断裂，依赖细胞对其进行修复，” Sternberg教授点评道：“这套INTEGRATE系统直接将预先设定的DNA序列精准地插入到基因组的位点，这是许多分子生物学家追求数十年的结果。”

这套全新的工具也带来了全新的应用前景。研究人员们指出，这有望让CRISPR基因编辑工具在保持简便使用的同时，避免与DNA断裂相关的潜在副作用。下一步，研究人员们期待对其进行优化，测试它在不同细胞(包括哺乳动物细胞)中的基因编辑效果。

关键词： CRISPR