从数小时降至几秒钟！华人学者开发速度最快的CRISPR基因编辑系统（组图）

近年来，CRISPR技术飞速发展，在基因编辑、基因治疗、核酸定位及核酸检测等领域展现出强大的应用前景。其中，CRISPR/Cas基因编辑技术在众多科研工作者的努力下，更是愈渐趋向成熟，已开始应用于部分人类遗传疾病的治疗当中。

究其根源，CRISPR/Cas基因编辑技术是基于原核及古核生物的免疫防御系统开发而来。CRISPR/Cas系统可以摄取外源DNA片段，并将其插入到自身的间隔序列中，新的间隔序列转录的gRNA引导Cas蛋白特异性切割与之互补的DNA序列。

但值得注意的是，在传统的CRISPR/Cas9基因编辑过程中，gRNA引导Cas蛋白在正确的位置与DNA结合，这一过程并不是立即发生的，往往需要几个小时的时间。这意味着CRISPR/Cas9基因编辑具有延时性。

那么，我们又该如何去克服这种延时性，提高CRISPR/Cas9基因编辑的速度呢？

近日，美国约翰·霍普金斯大学的研究人员在国际顶尖学术期刊Science杂志上发表了题为：Very fast CRISPR on demand的研究论文。

该研究开发了一项快速CRISPR基因编辑技术——vfCRISPR，研究人员利用光敏核苷酸替换部分gRNA序列，在光照之前，这些gRNA仅能引导Cas9结合到靶标DNA上，但不会将其切割，从而精确操控基因编辑的时间。

CRISPR技术的兴起使得基因编辑领域发生了翻天覆地的变化，gRNA引导Cas9蛋白识别并切割靶标DNA序列之后，DNA损伤反应（DDR）蛋白的招募启动复杂的修复过程，但科学家对DDR的时间和顺序事件仍不甚清楚。

对此，CRISPR/Cas9是研究DDR动力学的十分有潜力的工具，但目前仍缺乏必要的控制水平来启动所需的精确DNA损伤。虽然已有研究成功开发了可操控时间（小时级别）和空间（毫米级别）的CRISPR/Cas9系统，但这仍不足以满足DDR研究需求。

在这项研究中，研究团队开发了一个非常快速的CRISPR/Cas9系统，并将其命名为vfCRISPR（very fast CRISPR），它允许在亚微米空间尺度对基因组进行编辑，更重要的是，vfCRISPR可以精准控制Cas9切割靶标DNA序列的时间——从原来的数个小时缩短到几秒。

研究人员利用利用光敏核苷酸替换部分gRNA序列，在无光照条件下，gRNA仅能引导Cas9结合到靶标DNA上，但不会将其切割。换而言之，vfCRISPR可以通过光照来调控关键的DNA切割步骤。

通过vfCRISPR诱导同步DNA双链断裂（DSB），并辅以生化、测学和基于图像的分析，最终成功以高时空精度描述了DNA修复起始和进展的早期分子事件。

除此之外，vfCRISPR非常精确，并且可以一次只编辑一个等位基因，为研究复杂的遗传性状提供了基础。

对于这项研究成果，DNA同源重组修复权威专家、美国科学院院士、纪念斯隆-凯特琳癌症中心分子生物学家Maria Jasin在一篇评论文章中指出，这项技术可以帮助CRISPR/Cas9编辑工具从钝器转变为精密仪器。

总的来说，这项研究开发出的vfCRISPR可以在时间（秒级别）和空间（亚微米级别）上实现对靶标DNA的精准切割，在研究DNA损伤反应、复杂遗传性状以及遗传疾病治疗等研究领域展现出良好的应用前景！