受热捧的基因编辑技术 CRISPR-Cas9 并非完美，它犹如一辆没有刹车装置的汽车，可能失控伤及无辜，即产生脱靶效应——编辑了不该编辑的基因片段。从去年 12 月开始，科学家们争先恐后地开启为 CRISPR 安上“刹车”的研究，他们试图从自然界，找出这个“刹车”。
美国生物学家、最先提出 CRISPR-Cas9 可以进行基因编辑的詹妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）也是其中的一员。当地时间 8 月 24 日，她与同事的相关论文发表在顶级期刊《细胞》（Cell）杂志，揭示了两个可以为 CRISPR 的基因编辑画上停止键的蛋白质是如何发挥作用的。此外，这两个抑制蛋白具有广谱性，也就是说可以适用不同的 CRISPR 系统。
CRISPR 系统应用于基因编辑，是科学家从细菌身上取得的“经”。为了对付“杀手”噬菌体，细菌的免疫系统经过漫长的时间，进化出 CRISPR 系统。一旦有噬菌体入侵细菌，细菌的免疫系统会抓取一段噬菌体的 DNA 作为备份。等到下一次噬菌体再次来袭，细菌就可以根据备份，做出识别。识别成功时，细菌的 Cas9 蛋白会切断噬菌体的 DNA。这套系统为人类所用时，可以高效地对目标基因进行切割、添入等编辑。由于其高效，在业界有“基因魔剪”之称。
尽管 CRISPR 系统被广泛验证其有效性，成为全球各大生物实验室的宠儿，也有一些人体临床试验已经开展。但 CRISPR 的脱靶性问题尚未得到完全解决。一旦 CRISPR 系统进入工作模式，科学家们此前一直没有办法干预其过程，只能任其操作至自然结束，其中可能会发生错误编辑非目标基因的情况，带来安全性隐患。
可喜的是，科学家们发现，求生的本能同样让噬菌体想出对策，进化出了针对细菌 CRISPR 系统的抑制蛋白，用来逃避细菌免疫系统的攻击。这些抑制蛋白被称为 ACR 蛋白。
杜德纳与同事此次研究的 AcrIIC1 和 AcrIIC3 便是其中两种。
AcrIIC1 和 AcrIIC3 是通过什么方式来对付难缠的 CRISPR 系统呢？杜德纳和同事发现，当 AcrIIC1 和 Cas9 蛋白相遇时，AcrIIC1 会紧紧结合 Cas9 用来抓取 DNA 的位置，从而使得 Cas9 无法捣乱。打个比方，这相当于给 Cas9 这把锋利的剪刀套上了外壳，无法再做出“剪”的行为。
不仅如此，AcrIIC1 可以抑制多种 Cas9 蛋白，具有广谱性。
相比之下，AcrIIC3 能发挥作用的范围要小，只能抑制一种 Cas9 蛋白。而且，和 AcrIIC1 不同，AcrIIC3 不结合 Cas9 蛋白，而是将两个 Cas9 蛋白拉拢在一起，改变它们的结构，从而使得 Cas9 对 DNA 无计可施。
值得一提的是，杜德纳并不是第一个发现 CRISPR 系统“关闭开关”的人。
在 2016 年 12 月，来自加拿大多伦多大学和美国马萨诸塞大学的科学家们首次 发现 了自然界隐藏的这类“关闭开关”。但当时，科学家们还不清楚，这些抑制蛋白是如何发挥“关闭开关”作用的。
数个月后，来自不同国家的两个科研小组先后通过解析蛋白结构是什么样的，来揭示抑制蛋白防守 CRISPR 系统的机制。其中就包括哈尔滨工业大学教授黄志伟的课题组。但他们所解析的和杜德纳此次解析的都为不同种类的抑制蛋白。
不久的将来，科学家或许就能找到最合适的“关闭开关”，不由 CRISPR 系统任性，为其安全性“保驾护航”。
参考资料：
Naturally Occurring Off-Switches for CRISPR-Cas9
A Broad-Spectrum Inhibitor of CRISPR-Cas9
来源：生物360
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