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| 本文作者： 溫曉樺 | 2016-06-09 07:40 |
首先，我們先復(fù)習(xí)兩個(gè)熟悉而陌生的概念：
RNA：核糖核酸
DNA：脫氧核糖核酸
原核生物和真核生物的遺傳物質(zhì)是DNA，病毒的遺傳物質(zhì)是DNA或RNA。
好，去片。
RNA結(jié)構(gòu)圖
日前，麻省理工學(xué)院腦認(rèn)知科學(xué)系博士張峰在《科學(xué)》在雜志發(fā)表的研究成果顯示，其團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)利用CRISPR進(jìn)行RNA編輯。據(jù)悉，張峰及其團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種靶向作用于RNA而不是DNA的新型CRISPR系統(tǒng)，論文題為“C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector”。
CRISPR系統(tǒng)，為目前發(fā)現(xiàn)存在于大多數(shù)細(xì)菌與所有的古菌中的一種后天免疫系統(tǒng)，以消滅外來(lái)的質(zhì)體或者噬菌體，并在自身基因組中留下外來(lái)基因片段作為“記憶”，全名為“常間回文重復(fù)序列叢集/常間回文重復(fù)序列叢集關(guān)聯(lián)蛋白系統(tǒng)”。
具體來(lái)說(shuō)，在生命進(jìn)化歷史上，病毒的擴(kuò)散方式是把自己的基因寄生到細(xì)菌里，利用細(xì)菌的細(xì)胞工具來(lái)復(fù)制自己的基因（病毒沒(méi)有細(xì)胞），而細(xì)菌為了降解外來(lái)入侵的病毒基因，進(jìn)化出一個(gè)能夠把病毒基因從自己的染色體上切除的CRISPR系統(tǒng)——這也是細(xì)菌特有的免疫。
從過(guò)去10年開(kāi)始，科學(xué)家只能利用這個(gè)系統(tǒng)研發(fā)出進(jìn)行DNA編輯的技術(shù)，典型的是依靠一個(gè)復(fù)合物，該復(fù)合物能在一段RNA（核糖核酸）指導(dǎo)下，定向?qū)ふ夷繕?biāo)DNA序列，然后將該序列進(jìn)行切除。簡(jiǎn)答來(lái)說(shuō)，就是手動(dòng)輔助細(xì)胞免疫，從而進(jìn)行癌癥治療。
雷鋒網(wǎng)此前報(bào)道，科學(xué)家發(fā)明了CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)，即是通過(guò)對(duì)一種蛋白Cas9的復(fù)合物進(jìn)行操作，來(lái)對(duì)多種目標(biāo)細(xì)胞DNA進(jìn)行切除。
然而，張峰博士這次的技術(shù)突破使得CRISPR系統(tǒng)以RNA為靶向目標(biāo)，而不再限于DNA切除免疫。
這要從去年10月說(shuō)起。
去年10月，一組來(lái)自麻省理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院-哈佛博德研究所、美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）、羅格斯大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了C2c2酶。C2c2是一種由RNA介導(dǎo)，能定向降解RNA的酶。這種酶可以幫助細(xì)菌抵御病毒入侵，而且隨著科學(xué)家的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，C2c2酶可以用來(lái)剪切細(xì)菌細(xì)胞中特定的RNA序列。
只以RNA為目標(biāo)，這允許其高通量地精確操縱RNA。這有什么好處呢？我們都知道，病毒是一種沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的最低級(jí)的生命體，最簡(jiǎn)單的病毒中心是核糖核酸（RNA）。而在植物病毒中，除少數(shù)例外（如花椰菜花葉病毒Caulif- lower mosaic virus），幾乎都是RNA病毒。RNA病毒的遺傳物質(zhì)由核糖核酸（RNA）組成。
DNA是細(xì)胞身份與功能的基因組；RNA則是幫助實(shí)現(xiàn)這些基因組指令的角色。C2c2僅以RNA為靶向目標(biāo)的特點(diǎn)，能對(duì)RNA實(shí)施更精準(zhǔn)、更大規(guī)模的暫時(shí)性操控——可以理解為：擒賊先擒王。更加切中要害地調(diào)控基因功能，能夠促進(jìn)人類醫(yī)學(xué)上的疾病認(rèn)知、治療和預(yù)防。
DNA編輯讓細(xì)胞基因組發(fā)生永久性變化，但是這種基于CRISPR的RNA靶向方法可能允許科學(xué)家們讓細(xì)胞基因組發(fā)生可根據(jù)需要進(jìn)行上下調(diào)節(jié)的臨時(shí)變化。
關(guān)于利用RNA及其衍生物進(jìn)行基因表達(dá)干擾的技術(shù)已有先例，比如對(duì)同樣參與糖核酸干擾的小分子RNA——siRNA的利用。而基于C2c2酶的RNA編輯將更具優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用也更加廣泛，比如：
在特定的RNA序列上添加分子元件（modules），可以調(diào)節(jié)RNA的翻譯功能。
RNA的翻譯過(guò)程中，從DNA轉(zhuǎn)錄后，RNA被信使RNA（mRNA）為基礎(chǔ)合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)。所以這樣一來(lái)，隨便怎樣都是對(duì)蛋白質(zhì)表達(dá)的大規(guī)模干擾。
比如，也可以：
利用C2c2熒光標(biāo)記RNA，追蹤它們的運(yùn)輸。
當(dāng)然，這只是舉例，為的是說(shuō)明當(dāng)我們掌握更基礎(chǔ)、精準(zhǔn)的生物分子操控技術(shù)后，對(duì)上層的生命表達(dá)也有了更多施展的空間。
本次科學(xué)家的新發(fā)現(xiàn)主要是專攻RNA的C2c2。而除了此前專攻DNA的CRISPR-Cas9，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了有別于“CRISPR-Cas9”的另一條基因“剪切”之路，更有利于基因編輯后的修復(fù)。
今年4月底，哈爾濱工業(yè)大學(xué)正式對(duì)外發(fā)布，該校生命學(xué)院教授黃志偉及其團(tuán)隊(duì)首次揭示了CRISPR-Cpf1識(shí)別crRNA的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。
所謂“CRISPR-Cpf1”，是最新被人類發(fā)現(xiàn)的最高效的DNA編輯工具。人類知道DNA這個(gè)物質(zhì)由來(lái)已久，但是無(wú)法控制用以優(yōu)化。眾所周知，人類疾病中的癌癥、艾滋病或遺傳疾病都可以在DNA中找到“答案”，而“CRISPR-Cpf1”就是破解“答案”的關(guān)鍵，只不過(guò)，過(guò)去人們一直無(wú)法掌握這個(gè)答案的作用機(jī)制。如今，“CRISPR-Cpf1”的運(yùn)行機(jī)制被破譯。
具體來(lái)說(shuō)，工具“CRISPR-Cpf1”，它能夠直接改造基因——就像文字編輯軟件“修改文檔”一樣來(lái)“修正”基因，而不只是暴力切除。這意味著，人類以后可通過(guò)對(duì)基因進(jìn)行手術(shù)來(lái)根治某些疾病。
這樣發(fā)展下去，“美國(guó)隊(duì)長(zhǎng)”成真也不是沒(méi)有可能的！
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