基因操作的新工具
这是一项非常灵活的技术，研究人员可以用它来轻松改变基因的表达以更好地了解其功能。
什么是CRISPR？
CRISPR代表聚集的规则间隔短回文重复 - 一个令人兴奋的技术令人难以置信的无聊的名字。 为什么这个乏味的名字？ 这是因为，当它们在20世纪80年代后期首次在细菌中被发现时，没有人知道由随机DNA序列分离的重复DNA的短片段是什么。 它们只是一些细菌基因组DNA中的一些奇特的特征。
花了差不多20年的时间，直到加利福尼亚大学的Jennifer Doudna发现这些序列与感染细菌的某些病毒DNA的部分相匹配。 事实证明，CRISPR序列是细菌的一种免疫系统。
它是如何工作的？
Doudna和她的合作者Emmanuelle Charpentier最终发现，当被病毒感染时，具有与病毒DNA匹配的这些短重复DNA片段的细菌将使用它们制造与侵入病毒的DNA结合的RNA 。
然后，由分离CRISPR重复序列的随机DNA制成的第二片RNA与称为Cas9的蛋白质相互作用。 这种蛋白质会切割病毒DNA并使病毒失活。
研究人员很快意识到他们可以利用CRISPR的这种能力来切割特定的DNA序列以敲除基因。
虽然还有其他技术，例如锌指核酸酶和TALENS，可用于靶向和切割基因组DNA中的特定位置，但这些方法依赖庞大的蛋白质将靶序列转换为DNA中的特定区域。 使用这些较早的方法很难用大量基因设计和进行大规模修饰。
是什么让它如此有用？
CRISPR系统仅依赖于两个短片段的RNA：一个与目标DNA区域匹配，另一个与一个称为Cas9的蛋白质结合。 事实上，事实证明，这两个短RNA片段可以组合成双功能单引导 RNA分子，其既靶向特定的DNA序列又募集Cas9切割蛋白。 这意味着Cas9蛋白和85个碱基长的一小段RNA是在基因组中几乎任何地方切割DNA所需要的。 引入DNA来产生单引导RNA和Cas9蛋白几乎是任何使CRISPR普遍适用的细胞相对简单。
然而，便捷的定位不是CRISPR技术比其他TALENS和锌指的唯一优势。 CRISPR系统比这些替代方法更有效率。
例如，哈佛大学的一个研究小组发现，CRISPR在51％-79％的病例中删除了一个靶向基因，而TALENS的效率低于34％。 由于这种高效率，另一组能够使用CRISPR技术直接敲除胚胎小鼠中的基因以在单代中产生转基因小鼠 。 标准方法需要几代繁殖才能获得目标基因的两个拷贝中的突变。
还有什么可以做的？
除了删除一个基因外，一些团体也意识到，通过一些改变，该系统可以用于其他种类的基因操作。 例如，2013年初，麻省理工学院的一个研究小组表明，CRISPR可用于将新基因插入基因组DNA中。 此后不久，加州大学旧金山分校的一个研究小组用CRISPRi系统的修改版来抑制细菌中靶基因的表达。
最近，杜克大学的一个研究小组也建立了一套激活基因组的系统。 现在有几个研究小组正在研究这些方法的变体，以便同时筛选大量的基因，找出哪一个参与不同的生物反应。
基因工程的发光新玩具
当然，这种基因工程新工具的巨大兴奋和急于应用于各种应用。 但是，仍然存在一些需要克服的挑战，并且新技术通常会遇到这种情况，但需要一段时间才能找出局限性。 例如，哈佛的研究人员发现，CRISPR的定位可能不像最初所想的那样精确。 当改变DNA时，CRISPR复合物的脱靶效应可能导致意想不到的变化。
尽管如此，CRISPR显然已经显示出巨大的潜力来促进基因组DNA的改变，这将有助于研究人员更快地理解人类基因组中数以万计的基因的功能。 这仅对改善疾病治疗和诊断具有重要意义。 此外，随着额外的发展，该技术本身可能对于新型治疗剂有用。 它可能为基因治疗提供了一种新的方法。 然而，这些进展是一个办法。 目前，观察这种新研究工具的快速发展并思考它可能允许的实验类型令人兴奋。
（发布日期：2013年9月30日）