重磅回顧！2015年“魔剪”CRISPR技術重大突破TOP30

　　CRISPR作為基因編輯領域的明星技術儼然已經成了眾多突破研究的“得力助手”。從技術改良、疾病治療到作物改良，越來越多的科學研究離不開這項才進入科研領域短短幾年的技術。張鋒、胚胎編輯、George Church等熱詞讓CRISPR在2015年“屢次刷屏”。

　　筆者從去年開始關注CRISPR技術，可以明顯感覺到今年CRISPR技術相關的論文層出不窮。今年，Science、Cell、Nature三大期刊分別在不同的階段多次推出CRISPR論文合集或討論文章。一轉眼，2015年已接近尾聲；本文探索君帶大家一起回顧今年CRISPR技術取得的最新突破進展。

　　1. PNAS：CRISPR協助細胞對抗HIV（12月14日）

　　宿主細胞在面對病毒感染的時候，會表達一系列對抗病毒的蛋白，這些蛋白被稱為宿主限制因子。哺乳動物細胞編碼的限制因子，可以限制HIV-1和其他病毒的復制。不過，被病毒感染的細胞往往不表達這樣的限制因子。人們普遍認為，誘導宿主限制因子的表達是抑制病毒復制的一個潛在途徑。

　　杜克大學的Bryan R. Culle領導研究團隊在CRISPR/Cas9的基礎上構建了轉錄激活子，成功讓人類細胞表達了自己缺乏的限制因子（A3G和A3B）。這項研究發表在12月14日的美國國家科學院院刊PNAS雜志上。

　　2. Science：張鋒再發重大突破，新成果“劍指”CRISPR脫靶效應（11月30日）

　　11月30日，發表在《科學》雜志上的一項研究中，麻省理工學院-哈佛醫學院Broad研究所CRISPR大神張鋒的研究小組又取得了一項突破性的成果。研究人員通過創建了3個新版本的Cas9酶大大降低了CRISPR/Cas9系統的脫靶效應；有效改善了這一技術的最大局限性之一。

　　張鋒的團隊通過改變構成化膿性鏈球菌Cas9酶的約1，400個氨基酸中的3個氨基酸將“脫靶編輯”顯著減少至無法檢測到的水平。他說，不同于其他降低CRISPR/Cas9系統錯誤率的方式，這些新酶的使用不需要改變許多研究人員現在參照的CRISPR/Cas9系統的protocol。

　　3. PNAS：CRISPR與基因驅動完美結合，改造蚊子有望終結瘧疾傳播（11月23日）

　　11月23日 ，美國科學院院報（《PNAS》）期刊發表了一篇利用基于CRISPR/Cas9基礎的基因驅動技術實現抗蟲基因在蚊子群體的繁衍，從根源上有效阻止瘧疾的傳播。相比于過去的研究，基因驅動的優勢在于，改造過的突變蚊子繁衍的后代都會攜帶有抗蟲基因。

　　4. Science：破解關鍵酶Cas9識別全基因組中靶標的重要機制（11月13日）

　　11月13日，發布在《科學》雜志上的一項研究中，科學家們破解了關鍵酶Cas9識別全基因組中靶標的重要機制，這將有助于更有效的完善CRISPR基因編輯技術。領導這一研究的是加州大學伯克利分校Jennifer Doudna教授。這些發現揭示了Cas9蛋白在基因組中進行搜尋的機制，表明Cas9的快速“跳過”機制是確保CRISPR作用的前提，這一新見解將有助于完善CRISPR基因編輯技術。

　　5. Stem Cell Reports：CRISPR與細胞重編程的完美結合（11月12日）

　　11月12日，發表在《 Stem Cell Reports》上的一項研究中，Morgridge研究所和Murdoch兒童研究所（MCRI）的研究人員，將重編程與CRISPR基因組編輯結合到一個步驟中，顯著縮短了生成基因校正干細胞的時間，是實現個性化細胞療法的重要一步。

　　6. Cell：揭秘大腸桿菌CRISPR-Cas系統作用機制（11月5日）

　　11月5日，發布在《細胞》雜志上的一項研究中，科學家們揭示出了大腸桿菌CRISPR-Cas系統監視及加工外源DNA的機制。哥倫比亞大學的Eric C. Greene博士及加州大學伯克利分校的Jennifer Doudna博士是這篇論文的共同通訊作者。

　　研究結果確立了Cas1-Cas2是在逃避靶標處招募及調控Cas3的一個反式作用因子。基于研究結果，作者們提出了一種Cascade、Cas1、Cas2和Cas3協同作用加工且使得外源遺傳元件喪失功能的機制。

　　7. Nature：揭示CRISPR/Cas9的DNA靶向切割機制（10月28日）

　　10月28日，發布在《自然》雜志上的一項研究中， 科學家揭示出，Cas9 的HNH核酸酶結構域構象狀態直接控制了DNA切割活性。領導這一研究的是加州大學伯克利分校的Jennifer Doudna博士。這些研究結果不僅提供了有關Cas9審查DNA機制的基本認識，對于Cas9作為一種基因工程技術的應用也具有重要的影響。

　　8. Nature：女神解秘CRISPR/Cas作用機制（10月21日）

　　10月21日，發布在Nature雜志上的論文中，Jennifer Doudna研究小組揭示出了在CRISPR–Cas適應性免疫中獲取外源DNA的機制。研究人員報告稱獲得了大腸桿菌Cas1–Cas2復合物結合同源33個核苷酸的前間隔序列(protospacer) DNA底物的X-射線晶體結構。這一蛋白質復合物構建出了一個跨越DNA長度的彎曲結合平面，展開前間隔序列的末端使得每個末端親核3′-OH能夠進入到一個通往Cas1活性位點的通道中。磷酸二酯骨架與前間隔序列和蛋白質互作，可以解釋在體內觀察到的序列非特異性底物選擇。這些結果揭示了獲取外源DNA的結構基礎，及Cas1–Cas2作為分子尺指定CRISPR位點序列結構的機制。

　　9. Molecular Cell：第二類CRISPR-Cas基因組編輯系統（10月 22日）

　　一個國際CRISPR-Cas研究人員小組發現了自然存在的、具有基因組編輯潛力的三個新系統。發現以及確定 這些系統的特征有望進一步擴大基因組編輯工具箱，為生物醫學研究開辟新的途徑。這項研究發表在10月 22日的《分子細胞》（Molecular Cell）雜志上。

　　10. Cell：揭秘CRISPR“中心法則”，一圖了解CRISPR系統作用全步驟（9月24日）

　　9月24日，來自蒙大拿州立大學的兩位學者在《細胞》雜志上以“CRISPR-RNA-Guided Adaptive Immune Systems”為題，介紹了CRISPR-Cas免疫應答系統。其中Blake Wiedenheft就是當年加州大學伯克利分校Jennifer Doudna研究組成員，他們曾于2010年破解了Csy4核糖核酸內切酶原子水平的晶體結構模型。

　　11. Cell：基因編輯家族“新神器”誕生，CRISPR/Cpf1讓一切皆有可能（9月25日）

　　9月25日，發表在《細胞》雜志上的一項研究中，CRISPR技術先驅、Broad研究所合成生物學家張鋒領導的研究小組找到一種讓該技術更簡單、更精準的方法。倫敦帝國學院的表觀遺傳學家Luca Magnani說：“這個新發現讓很多我們之前不能實現的事情變成了可能。”

　　12. Nature：張鋒發布CRISPR新成果，開辟鐮狀細胞病治療新途徑（9月16日）

　　9月16日，來自Dana-Farber/波士頓兒童醫院癌癥及血液疾病中心的研究人員發現，改變一小段DNA可以避開鐮狀細胞病（SCD）背后的遺傳缺陷。這一發布在《自然》（Nature）雜志上的新發現，為開發出一些基因編輯方法來治療SCD和諸如地中海貧血等其他的血紅蛋白疾病開辟了一條途徑。

　　13. Nature Methods：雙功能CRISPR-Cas9，可同步實現基因編輯和調控（9月7日）

　　9月7日，發表在《Nature Methods》雜志上的一項研究中，哈佛大學和麻省理工的研究團隊開發了雙重功能的CRISPR-Cas9系統，能夠同時實現基因組編輯和基因調控。

　　14. NEJM新突破：基因編輯神器CRISPR或可逆轉肥胖（9月3日）

　　MIT和哈佛醫學院的研究團隊發現了一個控制人體代謝的重要通路，操縱這一通路可以改變脂肪細胞的功能。9月3日，這項研究發表在頂級醫學期刊《新英格蘭醫學》上，為人們提供了一條預防和治愈肥胖的新途徑。

　　15. Cell Stem cell：李勁松課題組用CRISPR構建多重基因修飾小鼠（7月9日）

　　7月9日，發表在《Cell Stem cell》雜志上的一項研究中，來自中科院上海生命科學研究院的研究人員報告稱，他們找到了一種方法來提高利用小鼠孤雄單倍體胚胎干細胞系(AG-haESCs)生成半克隆小鼠的效率。并證實借助于CRISPR-Cas9技術可構建出多重遺傳修飾的半克隆小鼠及實現對其的誘變遺傳篩查。[詳細]

　　16. Science：CRISPR女神發表新成果（6月26日）

　　來自加州大學伯克利分校、德國馬克斯普朗克生物物理化學研究所的研究人員揭示出了為識別靶DNA，預先組織形成的一種Cas9-導向RNA(gRNA)復合物的構象。這項研究發布在6月26日的《科學》(Science)雜志上。文章的通訊作者是加州大學伯克利分校的Jennifer A. Doudna博士。

　　17. Nature：進化中的CRISPR技術又有新突破（6月22日）

　　來自哈佛醫學院和麻省總醫院的研究者們在6月22日的Nature雜志上發表了他們新改進的CRISPR-Cas9技術，識別序列的范圍更大，識別也更為精準。

　　18. Cell：CRISPR揭示驚人發現，百種蛋白都聽命于誰？（6月18日）

　　6月18日發表在《細胞》雜志上的一項研究中，來自加州大學圣地亞哥醫學院的研究人員獲得了一個令人驚訝的研究發現：100多種分泌蛋白的磷酸化作用都受到一個叫做Fam20C的酶的支配。為了深入探討Fam20C對人類健康和疾病所起的作用，Dixon研究小組利用了一種新的流行基因編輯技術CRISPR/Cas9來刪除了實驗室培養的肝癌、乳腺癌和骨癌細胞中的Fam20C基因。

　　19. Nature技術突破：光控CRISPR-Cas9系統（6月15日）

　　發表在6月15日《自然生物技術》雜志上的一項研究中，來自日本的研究人員報告稱他們構建出了更好的CRISPR基因編輯系統：一種光激活的新型Cas9核酸酶使得研究人員能夠在空間和時間上更好地控制RNA引導的核酸酶的活性。

　　20. Nature子刊：CRISPR可銷毀“轉基因”生物中特定序列（5月19日）

　　英國《自然?通訊》雜志5月19日在線發表了一篇合成生物學論文，描述了一種基于“基因組編輯”CRISPR技術的的裝置，能銷毀轉基因生物中特定的DNA序列。控制住特定DNA序列銷毀的能力，其應用范圍將包括防止轉基因生物的環境釋放、幫助生物技術公司保護知識產權以及避免偷竊等等。

　　21. Nature：大師級牛人用CRISPR構建癌癥類器官（4月29日）

　　用含有干細胞巢蛋白（WNT、R-spondin、表皮生長因子EGF）的培養基，可以長期培養小鼠和人類的腸道干細胞，生成遺傳學和表型穩定的上皮類器官。荷蘭藝術與皇家科學院主席、美國國家科學院院士Hans Clevers教授領導研究團隊，利用CRISPR/Cas9技術建立了結直腸癌（CRC）類器官。這一研究成果發表在本周的Nature雜志上。

　　22. Protein & Cell：中國“80后副教授”基因編輯人類胚胎，爭議再升溫（4月18日）

　　4月18日，來自中國中山大學生命科學學院的“80后副教授”黃軍就在《Protein & Cell》雜志上首次發表了編輯人類胚胎相關的論文。據Nature新聞描述，這屬世界首例，也證實了先前關于有人已經在開展人類胚胎基因編輯研究的傳聞。

　　23. Nature技術突破：將CRISPR效率提高19倍（3月23日）

　　CRISPR/Cas系統可以構建出多個基因精確突變的小鼠，但其效率低下阻礙了生成足夠數量的轉基因小鼠來建立人類疾病模型。通過添加一種抗癌藥物Scr7到遺傳編輯的受精卵中，科學家將CRISPR/Cas的效率顯著提高了19倍。這一重要的成果發表在3月23日的《自然生物技術》雜志上。

　　24. Nature Communications：用CRISPR技術根除艾滋病毒（3月10日）

　　3月10日，發表在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上的一項研究中，來自Salk生物研究所的科學家們通過定制許多細菌利用的一種強大的防御系統（CRISPR），并訓練這一剪刀樣機器來識別HIV病毒，朝著研發出這樣的一種藥物邁近了一步。

　　25. 張鋒又一篇Cell：讓CRISPR在癌癥領域大放異彩（3月5日）

　　一次CRISPR-Cas9基因編輯技術被用于整體生物模型中系統地靶向基因組中的每一個基因。來自Broad研究所和麻省理工學院David H. Koch綜合癌癥研究所的一個科學家小組，率先利用這一技術在一個癌癥動物模型中系統地“敲除”（關閉）了整個基因組的所有基因，揭示出了與腫瘤進化和轉移相關的一些基因，這為在其他細胞類型和疾病中從事類似的研究鋪平了道路。這項研究工作在線發表在3月5日的《細胞》（Cell）雜志上。

　　26. Cell：用CRISPR構建衰老研究模型（2月12日）

　　斯坦福大學的科學家們找利用一種基因組編輯工具箱構建出了可在自然短壽的非洲青鳉魚中研究衰老的平臺。研究人員希望這些魚將成為了解、預防及治療老年疾病的一個有價值的新模型。他們將這項研究工作發布在2月12日的《細胞》（Cell）雜志上。

　　27. Nature Methods: 新方法終結CRISPR-CAS9爭論（2月9日）

　　2月9日，發表在《Nature Methods》上的一項研究中，科學家們成功證實CRISPR-Cas9在人類細胞中有精確的打靶作用，他們開發出一種強大、敏感、無偏見和具有成本效益的方法——Digenome-seq，可在全基因組范圍內檢測人類細胞中的CRISPR/Cas9脫靶效應。

　　28. Cell Stem Cell：華人科學家發布新成果，大大提高CRISPR效率（2月5日）

　　2月5日，發表在《細胞干細胞》雜志上的一項研究中，Gladstone研究所的科學家們發現了一種有效提高CRISPR技術效率的方法。通過與斯坦福大學的同事進行合作，研究人員鑒定出兩種小分子化合物能夠顯著提高插入細胞DNA中的新遺傳信息。

　　29. Nature Biotechnology：精確檢測CRISPR脫靶效應的新方法（1月19日）

　　CRISPR和TALENs作為新興的基因組編輯技術，雖然優勢多多，但是仍然被脫靶效應所困擾。美國希望之城貝克曼研究所和浙江大學第一附屬醫院的研究人員開發出一種新策略，有望幫助人們檢測這種意想不到的結果。這項成果于1月19日在線發表于《Nature Biotechnology》雜志上。

　　30. Cell：華人學者發布CRISPR重要成果——scRNA（1月15日）

　　日前，加州大學的科學家們開發了一種CRISPR支架RNA（scRNA）。scRNA編碼了靶位點和調控功能，能同時實現對不同基因的激活和抑制。這項研究發表在1月15日的Cell雜志上。