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。2020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2月份，有哪些重大的CRISPR/Cas研究或发现呢？
1.Mol Cell：新型基因编辑技术可让CRISPR-Cas9按顺序编辑DNA
doi:10.1016/j.molcel.2020.12.003
在一项新的研究中，来自美国伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员发现了一种新的基因编辑技术，可以随着时间的推移对序列剪切或编辑进行编程。相关研究结果近期发表在Molecular Cell期刊上，论文标题为“Sequential Activation of Guide RNAs to Enable Successive CRISPR-Cas9 Activities”。
论文共同通讯作者、伊利诺伊大学芝加哥分校医学院生物化学与分子遗传学副教授Bradley Merrill说，“目前可用的基于CRISPR的编辑系统的一个缺点是，所有的编辑或切割都是一次性完成的。没有办法引导它们，让它们一个接一个地按顺序发生。”
Merrill及其同事们开发的这种新方法涉及使用称为向导RNA（gRNA）的特殊分子，gRNA在细胞内引导Cas9酶，并确定Cas9将在那里进行切割的精确DNA序列。他们将他们特别设计的gRNA分子称为“proGuide”，这些分子允许使用Cas9对DNA进行程序化的顺序编辑。
2.Cell论文解读！揭示控制记忆T细胞产生的代谢机制
doi:10.1016/j.cell.2021.02.021
在一项新的研究中，来自美国圣犹大儿童研究医院的研究人员揭示了一种以前未知的生物机制，免疫系统通过该机制产生记忆T细胞来杀死细菌、病毒和肿瘤细胞。这一发现对适应性免疫系统如何应产生这类记忆T细胞来应对感染具有多重意义。这一实验还揭示了抑制长寿记忆T细胞产生的机制，这些长寿记忆T细胞随着时间的推移不断更新来保护身体。用药物或基因方法阻断这些抑制机制，可能提高抵抗感染和癌症的保护性免疫力。相关研究结果于2021年2月25日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“In vivo CRISPR screening reveals nutrient signaling processes underpinning CD8+ T cell fate decisions”。论文通讯作者为圣犹大儿童研究医院免疫学系的Hongbo Chi博士。论文第一作者为圣犹大儿童研究医院免疫学系的Hongling Huang博士和Peipei Zhou博士。
这些作者还发现了一种记忆T细胞亚型，他们将其命名为末端效应启动细胞（terminal effector prime cell）。绘制控制这类细胞的途径有可能操纵这一途径以增强免疫系统杀灭微生物和癌细胞的能力。绘制这种控制途径还提供了这样的启示：饮食对免疫功能的影响可能比以前认为的更大。
3.Nature解读！一种新型CRISPR技术或能为基因疗法带来革命性变革 从而治疗人类的遗传性疾病
doi:10.1038/s41586-020-03086-7
近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“In vivo base editing rescues Hutchinson–Gilford progeria syndrome in mice”的研究报告中，来自美国MIT和博德研究所等机构的科学家们报道了一项标志基因疗法里程碑式的研究成果。研究者表示，一种新型的CRISPR技术或能给基因疗法带来革命性的变革，从而为治疗遗传性疾病患者带来新的希望。
文章中，研究人员对儿童早衰症进行了研究，这是一种导致儿童迅速衰老的遗传性疾病，目前科学家们开发出的第二代CRISPR基因编辑技术—碱基编辑（base editing）已经在小鼠机体中进行了成功测试，在这一技术的帮助下，研究人员最终或有望纠正人类的终生遗传性疾病，包括儿童早衰症等。
4.Genome Res：科学家有望增强CRISPR剔除技术的作用效率
doi:10.1101/gr.265736.120
近日，一篇刊登在国际杂志Genome Research上题为“Enhancing CRISPR deletion via pharmacological delay of DNA-PKcs”的研究报告中，来自都柏林大学等机构的科学家们通过研究揭示了如何改善CRISPR的作用效率。CRISPR 剔除（CRISPR-del，CRISPR deletion）是一种新型的基因编辑工具，其能以外科手术般的精确性剔除或切断活细胞中的特定DNA片段，从而就能帮助科学家们研究机体中多种多样但却知之甚少的非蛋白编码的DNA元件的功能，这些DNA元件被科学家们称之为基因组中的“暗物质”。
CRISPR-del技术非常实用，其拥有着非常广泛的应用，比如从基础研究到最终治疗性手段的开发等；但其所面临的主要障碍是作用效率较低，这就限制了其应用，也增加了实验室工作人员的工作量，并降低了筛选应用的灵敏性。这项研究中，研究者Rory Johnson教授等人开始寻找能改善CRISPR剔除技术的方法，随后他们开发出了一种新型的报道系统来识别能改善剔除效率的因子。
5.Cell Stem Cell：利用CRISPR/Cas9和iPSC技术构建出首个急性髓系白血病进展模型
doi:10.1016/j.stem.2021.01.011
在一项新的研究中，来自美国西奈山伊坎医学院等研究机构的研究人员构建出首个细胞模型来描绘急性髓系白血病（AML）从早期到晚期的演变过程。通过使用基因编辑技术来改变让细胞变成恶性肿瘤细胞所需的基因，他们能够确定早期疾病阶段的潜在治疗靶标。相关研究结果于2021年2月10日在线发表在Cell Stem Cell期刊上，论文标题为“Sequential CRISPR gene editing in human ipsCs charts the clonal evolution of myeloid leukemia and identifies early disease targets”。
论文共同通讯作者、西奈山伊坎医学院肿瘤科学副教授Eirini Papapetrou博士说，“我们基本上从零开始构建了一种白血病模型，该模型描述了作为这种疾病进展基础的分子变化的特征，这使我们能够确定它的产生过程中最早发生的事件，这些事件可以作为治疗靶标。通过构建首个跟踪人类白血病进化的细胞模型，我们相信我们向揭开这种疾病的细胞生物学特性迈出了重要一步。我们鉴定出这种疾病过程中早期出现的分子脆弱性，这有可能发现更好的AML的生物标志物和改进的新型疗法---这些目标在过去被证明是医学科学难以实现的。”
6.PNAS：科学家识别出能帮助确定胃组织干细胞特性的三个关键基因！
doi:10.1073/pnas.2016806118
近日，一篇发表在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上的研究报告中，来自日本金泽大学等机构的科学家们通过研究识别出了三个关键基因，其或能帮助确定胃组织干细胞的特性（干性，stemness）。人体大约由60万亿个细胞组成，这些细胞每天都在更新来维持机体组织的稳态，尤其是消化道内的细胞能在几周内完成更新，这要归功于每个组织中干细胞的快速增殖，其在支持细胞功能方面发挥着非常重要的角色。
组织干细胞在诸如组织发生等多种现象中扮演着关键角色，当其分裂时其能通过产生分化的细胞来从损伤中恢复过来。组织干细胞能通过产生相同的细胞（自我更新）或通过分化为其它类型的细胞来做到这一点。这项研究中，研究人员通过研究发现了能表达Lgr5基因的胃组织干细胞的存在，Lgr5能作为胃组织中胃腺基底部组织干细胞的标志物，其干细胞特性能被Wnt信号通路所抑制。然而，由于进一步在体内进行证实存在一定的技术难度，科学家们并不清楚Wnt信号调节的组织干细胞相关的分子机制。
7.Cell：使用Cas9记录生物事件经过的时间和时间信息
doi:10.1016/j.cell.2021.01.014
生物反应是高度动态的，尤其是在活细胞中。 因此，出乎意料的是，活细胞中这种反应的速率可能足够稳定以被用作钟表系统。 DNA是生命的遗传物质，已被提议作为记录信息的媒介。尽管DNA已被用于记录生物学信息和计算数学问题，但尚未将其用于记录时间信息。
在这里，我们发现与典型的动态生物反应相比，Cas9和gRNA产生的插入片段能够以稳定的速率发生，并且累积插入片段的频率是时间的函数。通过测量插入缺失频率，我们开发了基于CRISPR-Cas9的合成生物系统，能够以可复制的方式在培养的人类和小鼠细胞以及小鼠皮肤细胞中模拟记录和测量数小时至数周的绝对时间的方法。这些时间记录是在几种细胞类型中进行的，Cas9的启动子和递送载体不同，并且在培养的细胞和活小鼠的细胞中都进行。作为应用，我们记录了热暴露和炎症发作以来化学暴露的持续时间和经过的时间长度，因此我们的系统可以用作合成的“ DNA clock”。
8.Nat Commun：在异染色质中，TALEN的编辑效率是CRISPR-Cas9的5倍
doi:10.1038/s41467-020-20672-5
在一项新的研究中，来自美国伊利诺伊大学香槟分校的研究人员利用单分子成像技术对基因组编辑工具CRISPR-Cas9和TALEN进行了比较。他们的实验显示，在基因组中紧密压缩的称为异染色质（heterochromatin）的部分，TALEN的编辑效率是CRISPR-Cas9的5倍。脆弱X综合征、镰状细胞贫血、β-地中海贫血等疾病都是异染色质的遗传缺陷造成的。相关研究结果于2021年1月27日发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“TALEN outperforms Cas9 in editing heterochromatin target sites”。
论文通讯作者、伊利诺伊大学香槟分校化学与生物分子工程教授Huimin Zhao说，这项研究增加了证据，表明需要更广泛地选择基因组编辑工具来靶向编辑基因组的不同部分。Zhao说，“CRISPR是一个非常强大的工具，引发了基因工程革命，但它仍然有一些局限性。”
