基因组编辑技术CRISPR/Cas9被《科学》杂志列为2013年年度十大科技进展之一，受到人们的高度重视。今年10月，德国马克斯-普朗克病原学研究所的Emmanuelle Charpentier博士以及美国加州大学伯克利分校的Jennifer A. Doudna博士因在CRISPR-Cas9基因编辑方面做了的贡献荣获2020年诺贝尔化学奖。
CRISPR是规律间隔性成簇短回文重复序列的简称，Cas是CRISPR相关蛋白的简称。CRISPR/Cas最初是在细菌体内发现的，是细菌用来识别和摧毁抗噬菌体和其他病原体入侵的防御系统。
2018年11月26日，中国科学家贺建奎声称世界上首批经过基因编辑的婴儿---一对双胞胎女性婴儿---在11月出生。他利用一种强大的基因编辑工具CRISPR-Cas9对这对双胞胎的一个基因进行修改，使得她们出生后就能够天然地抵抗HIV感染。这也是世界首例免疫艾滋病基因编辑婴儿。这条消息瞬间在国内外网站上迅速发酵，引发千层浪。有部分科学家支持贺建奎的研究，但是更多的是质疑，甚至是谴责。
即将过去的10月份，有哪些重大的CRISPR/Cas研究或发现呢？小编梳理了一下这个月生物谷报道的CRISPR/Cas研究方面的新闻，供大家阅读。
1.Nat Commun：在小鼠体内利用CRISPR/Cas9成功地选择性消除肿瘤细胞而不影响健康细胞
doi:10.1038/s41467-020-18875-x
CRISPR/Cas9基因编辑工具是推进包括癌症在内的遗传性疾病治疗的最有前途的方法之一，这一研究领域正在不断取得进展。如今，在一项新的研究中，西班牙国家癌症研究中心（CNIO）的Sandra Rodríguez-Perales博士及其研究团队取得了新的进展：利用这种技术消除了所谓的融合基因，这为在未来开发专门破坏肿瘤而不影响健康细胞的癌症疗法打开了大门。相关研究结果近期发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“In vivo CRISPR/Cas9 targeting of fusion oncogenes for selective elimination of cancer cells”。
融合基因是来自两个不同基因的DNA片段不正确连接在一起的异常结果，这是细胞分裂过程中偶然发生的事件。如果细胞不能从这个错误中获益，它们就会死亡，融合基因也会被淘汰。但当这个错误导致生殖或生存优势时，携带这种融合基因的细胞将会增殖，融合基因及其编码的蛋白会触发肿瘤形成。Rodríguez-Perales解释说，“许多染色体重排及其产生的融合基因是儿童肉瘤和白血病的起源。”融合基因也被发现存在于前列腺瘤、乳腺癌、肺瘤和脑瘤等其他癌症中。总的来说，它们存在于高达20%的癌症中。
鉴于融合基因只存在于肿瘤细胞中，它们吸引了科学界的极大兴趣，这是因为它们是高度特异性的治疗靶点，攻击它们只会影响肿瘤而对健康细胞没有影响。这正是CRISPR/Cas9技术的作用所在。通过这项技术，人们可以靶向基因组的特定序列，就像使用分子剪刀一样，将DNA片段剪断和粘贴，从而以一种可控的方式修改基因组。在这项新的研究中，Rodríguez-Perales团队在尤文氏肉瘤和慢性髓细胞白血病（CML）的细胞系和小鼠模型中，利用CRISPR/Cas9切除导致肿瘤的融合基因，从而成功地消除肿瘤细胞。
2.Nature解读！科学家有望利用CRISPR-Cas9基因疗法治疗快乐木偶综合征！
doi:10.1038/s41586-020-2835-2
出生时携带缺陷的母亲UBE3A基因的婴儿会患上一种名为快乐木偶综合征（Angelman syndrome）的罕见病，其是一种目前无法治愈且治疗非常有限的严重神经发育障碍。近日，一项刊登在国际杂志Nature上题为“Cas9 gene therapy for Angelman syndrome traps Ube3a-ATS long non-coding RNA”的研究报告中，来自北卡罗来纳大学等机构的科学家们通过研究表示，利用基因编辑和基因疗法等技术或有望恢复人类神经元培养物中UBE3A基因的功能并能有效治疗Angelman综合征模型的缺陷，相关研究结果或为后期科学家们治疗Angelman综合征提供了重要基础，同时也为治疗其它单基因障碍开辟了道路。
研究者Zylka表示，本文研究中我们揭示了如何利用CRISPR-Cas9基因疗法来治疗与Angelman综合征相关的多种疾病症状，Angelman综合征是由编码泛素蛋白连接酶E3A（UBE3A）的母源性基因拷贝的突变或剔除所引起的，父源性的UBE3A基因拷贝通常在后代机体神经元中处于沉默状态，因此母源性的UBE3A基因拷贝的缺失会导致大脑中大部分区域失去UBE3A酶类的功能，这一点非常关键，因为该酶能靶向作用蛋白进行降解，而靶向作用蛋白降解的过程对于维持大脑细胞的正常功能至关重要，当该过程出错时就会诱发Angelman综合征，这是一种脑部疾病，其症状包括严重的智力和发育障碍、癫痫发作、以及患者会出现语言、平衡、运动和睡眠等多种问题。
3.Sci Rep：科学家成功利用人工RNA编辑技术修复基因组遗传代码 有望治疗多种遗传性疾病
doi:10.1038/s41598-020-74374-5
目前并没有确定的疗法来治疗由点突变引起的多种遗传性疾病，近日，一项刊登在国际杂志Scientific Reports上的研究报告中，来自日本先进科学技术研究所等机构的科学家们通过利用人工的RNA编辑研究了一种治疗手段在治疗遗传性疾病上的可行性和有效性。尽管基因编辑技术作为一种基因修复技术备受关注，但诸如CRISPR/Cas9基因编辑技术或许会导致基因组DNAs发生永久性的改变，其可能会影响多个潜在的位点，目前想要在体内对所有靶向细胞实现精准的基因组编辑是非常困难的，所以研究人员就有可能在受精卵、胚胎或细胞中开展基因编辑工作，然而，基因编辑技术或许并不适合用于在人类中进行的基因疗法，此外，对基因组的编辑也会产生一些伦理性的问题。
研究人员认为，基因组编辑是一种适用于体外研究的方法，其或许还适用于对受精卵进行编辑，但目前仍然并不适用于患者机体；相反，RNA编辑所产生的改变并不是永久性的，因为其不会影响机体的基因组序列，而且能够按照序列特异性的方式来完成。因此，从治疗的目的来看，RNA的编辑比基因组编辑更加可取，人工定向的RNA编辑是一种重要的技术，其能修复基因并最终调节所编码蛋白质的功能，如今研究人员正在试图通过人工RNA编辑来修饰转录物的遗传密码，从而实现对遗传性疾病的治疗。
RNA编辑是生物体内广泛存在的一种生理性过程，其能通过单个基因产生具有不同功能的多种蛋白，在哺乳动物中，RNA链的C或A碱基能被碱基序列特异性地水解脱氨，即C被U替代，A被I（肌苷）替代。这些碱基的转换是A或C脱氨的结果，目前研究者发现ADAR和APOBEC家族中的酶类能催化这些碱基转换，随后还会改变RNAs中的遗传密码，这项研究中，研究人员首次利用APOBEC1成功进行了突变RNA中C-U的人工转换。
4.HGT：科学家有望利用mRNA疗法或CRISPR基因编辑技术治疗囊性纤维化
doi:10.1089/hum.2020.137
近日，一项刊登在国际杂志Human Gene Therapy上题为“Treating Cystic Fibrosis with mRNA and CRISPR”的研究报告中，来自佐治亚理工学院等机构的科学家们通过研究揭示了如何利用mRNA疗法或CRISPR技术来治疗囊性纤维化患者。
文章中，研究者表示，利用mRNA疗法或CRISPR基因编辑技术来治疗囊性纤维化（CF，Cystic Fibrosis）的潜力是可能的，这与患者机体的致病性突变似乎并无关联，目前囊性纤维化相关的临床试验结果表明，针对囊性纤维化的基因型不可知的基因疗法似乎是可行的。
5.深度解读：2020年诺贝尔化学奖授予CRISPR-Cas9基因编辑技术
2020年10月7日，瑞典皇家科学院已决定将2020年诺贝尔化学奖授予德国马克斯·普朗克病原学研究所的Emmanuelle Charpentier博士以及美国加州大学伯克利分校的Jennifer A. Doudna博士，以表彰她们在基因编辑领域的贡献。
Emmanuelle Charpentier和Jennifer A. Doudna发现了基因编辑技术中最犀利的工具之一：CRISPR / Cas9基因剪刀。通过该工具，研究人员可以非常高精度地改变动物，植物和微生物的DNA。这项技术对生命科学产生了革命性的影响，并且可以为新的遗传病以及癌症的治疗做出贡献。
6.PNAS：开发出超灵敏的SHERLOCK疟疾测试方法
doi:10.1073/pnas.2010196117
目前，四种主要的疟原虫物种---恶性疟原虫、间日疟原虫、卵形疟原虫和三日疟原虫---的存在是通过对血液样本的显微镜分析来确定的，在血液样本的红细胞中可以检测到疟原虫，或者通过所谓的快速诊断测试来确定特定的疟原虫蛋白（抗原）。
美国波士顿儿童医院传染病诊断实验室副医学主任、哈佛医学院病理学与医学副教授Nira Pollock博士说，“不幸的是，现有的快速诊断方法不能将所有四种疟原虫区分开来，这对启动针对性的治疗过程很重要，最重要的是，它们无法有效地检测无症状个体中的低数量疟原虫。” 哈佛医学院儿科副教授、波士顿儿童医院传染病高级副医师Jeffrey Dvorin医学博士补充道，“这些‘无症状携带者（asymptomatic carrier）’是传播疟疾的蚊子持续传播这种疾病的潜伏库，对于正在进行的全球消除疟疾的努力极为重要。”
如今，在一项新的研究中，Pollock及其同事们开发出一种可现场应用的超灵敏诊断测试方法，可特异性地检测有症状和无症状疟疾患者体内所有疟原虫物种的DNA序列。这种新的疟疾诊断方法将优化的10分钟快速样品制备方案与基于CRISPR的SHERLOCK系统相结合，在简单的报告装置中，再过60分钟就能实现高度特异性和灵敏度的疟原虫检测。相关研究结果近期发表在PNAS期刊上，论文标题为“Ultrasensitive CRISPR-based diagnostic for field-applicable detection of Plasmodium species in symptomatic and asymptomatic malaria”。
论文通讯作者、哈佛医学院怀斯生物启发工程研究所创始核心成员James Collins博士说，“这种可用于现场的SHERLOCK疟疾检测方法超越了世界卫生组织设定的理想测试方法的灵敏度和特异性要求，可用于检测所有主要疟原虫物种的无症状携带者中的低密度疟原虫。它的高度精简的设计可以为目前消除疟疾道路上的诊断瓶颈提供一种可行的解决方案，以便更广泛地实现低资源环境下的疟疾监测。”
7.Nat Immunol：关键基因调节免疫系统“刹车”
doi:10.1038/s41590-020-0784-4
与大多数T细胞发起针对外来分子的免疫反应不同，调节性T细胞是人类免疫系统的和平使者，可在不需要时抑制炎症反应。现在，格拉德斯通研究所的研究人员与加州大学旧金山分校（UCSF）和慕尼黑工业大学（TUM）的科学家合作，绘制了有助于区分调节性T细胞与其他T细胞的基因网络。他们的发现可能导致增强或削弱调节性T细胞功能的免疫疗法。
Gladstone-UCSF基因免疫研究所所长Alex Marson表示：“将调节性T细胞生物学的遗传网络整合在一起，是寻找可改变这些细胞功能以治疗癌症和自身免疫疾病的药物靶标的第一步。”
在这项发表在《Nature Immunology》杂志上的新研究中，Marson及其合作者使用了基于CRISPR的基因编辑技术来改变调节性T细胞，选择性地去除了40种不同的转录因子。
然后，研究人员集中研究了在最初的筛选中作用最强的10个转录因子，并查看了成千上万个基因，以查看在改变的细胞中哪些基因被打开或关闭。他们总共对54,424个单个调节性T细胞进行了分析。
通过分析被这10个原始转录因子激活或沉默的基因类群，研究小组将涉及调控T细胞生物学的大量遗传程序网络整合在一起。研究表明，此前研究较少的转录因子HIVEP2对调节性T细胞功能有很强的作用。在小鼠的后续研究中，科学家发现去除HIVEP2基因会降低调节性T细胞平息炎症的能力。
