迷你基因編輯器的崛起，CRISPR技術(shù)的新革命

在基因科學(xué)領(lǐng)域，CRISPR-Cas系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)無(wú)疑是一次劃時(shí)代的革命。作為原核生物的一種自適應(yīng)免疫系統(tǒng)，它能夠精準(zhǔn)地識(shí)別并切割外來(lái)的病毒DNA，阻止病毒感染。隨著科學(xué)家對(duì)這一系統(tǒng)的深入研究，CRISPR技術(shù)已經(jīng)成為了基因編輯領(lǐng)域的一把利劍，使得基因敲除、基因插入、基因修飾以及核酸檢測(cè)成為可能。然而，正當(dāng)CRISPR技術(shù)被寄予厚望時(shí)，一個(gè)不容忽視的問(wèn)題出現(xiàn)了——由于傳統(tǒng)的CRISPR-Cas效應(yīng)器體積過(guò)大，使其在實(shí)際生物體中的遞送面臨極大挑戰(zhàn)。

近日，新加坡國(guó)立大學(xué)胡純一團(tuán)隊(duì)在《中國(guó)科學(xué)：生命科學(xué)（英文）》雜志發(fā)表綜述文章，深入探討了如何通過(guò)OMEGA系統(tǒng)和對(duì)現(xiàn)有CRISPR-Cas系統(tǒng)的工程化改造，來(lái)發(fā)展小型化的基因編輯器，以突破當(dāng)前技術(shù)的局限性。文章指出，通過(guò)這兩種策略，不僅可以有效縮小基因編輯器的體積，還能保持甚至提升其編輯效率，為基因治療領(lǐng)域帶來(lái)新的希望。

該文詳細(xì)介紹了各種OMEGA系統(tǒng)和眾多不同類型的CRISPR-Cas系統(tǒng)的工作原理及其在“微觀戰(zhàn)場(chǎng)”中的作用：如何從一種自然存在的防御機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蜻M(jìn)行高精度基因操作的強(qiáng)大工具。通過(guò)對(duì)CRISPR-Cas系統(tǒng)不同類型和子類的分析，文章強(qiáng)調(diào)了類型II（CRISPR-Cas9）和類型V（CRISPR-Cas12）在基因操作中的重要地位及其應(yīng)用潛力。

解碼作用機(jī)制：OMEGA系統(tǒng)與CRISPR-Cas系統(tǒng)

OMEGA系統(tǒng)中，以IscB為例，通過(guò)識(shí)別靶向鄰近基序（TAM）來(lái)引入其向?qū)NA適應(yīng)中的獨(dú)特元素。與此同時(shí)，TnpB采用類似機(jī)制，展現(xiàn)了OMEGA系統(tǒng)此方面的一致性。與之形成鮮明對(duì)比的是，CRISPR-Cas系統(tǒng)通過(guò)識(shí)別原位子鄰近基序（PAM）來(lái)區(qū)別自身，PAM是從噬菌體或外來(lái)DNA元素中起源的識(shí)別基序。這展示了向?qū)NA適應(yīng)策略中的一個(gè)有趣變化，凸顯了OMEGA系統(tǒng)和CRISPR-Cas系統(tǒng)在各自的遺傳機(jī)制中采用的不同方法。

針對(duì)CRISPR-Cas系統(tǒng)在體內(nèi)遞送中遇到的體積限制問(wèn)題，文章分析了目前科學(xué)界在解決遞送難題上的種種嘗試，包括將CRISPR系統(tǒng)分割并通過(guò)不同的載體遞送。盡管這些嘗試在一定程度上取得了進(jìn)展，但效率和準(zhǔn)確性仍有待提高。因此，科學(xué)家著眼于發(fā)展更為緊湊的基因編輯器，這不僅是基因編輯技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是未來(lái)基因治療實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。

文章強(qiáng)調(diào)，通過(guò)OMEGA系統(tǒng)和CRISPR-Cas系統(tǒng)的工程化改造，開(kāi)發(fā)出的小型化基因編輯器將大大提升基因編輯技術(shù)在臨床治療中的適用性和靈活性。這些迷你版基因編輯器不僅可以更容易地進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，還能在不增加免疫反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定基因的精準(zhǔn)修改。此外，小型化基因編輯器的開(kāi)發(fā)還將使得多重基因編輯成為可能，為復(fù)雜疾病的治療提供了新的策略。未來(lái)的研究應(yīng)當(dāng)集中在如何進(jìn)一步優(yōu)化這些小型化基因編輯器的設(shè)計(jì)，以及如何將這些工具應(yīng)用于更廣泛的基因治療領(lǐng)域。

了解詳情，請(qǐng)閱讀原文

CRISPR beyond: harnessing compact RNA-guided endonucleases for enhanced genome editing. SCIENCE CHINA Life Sciences. DOI:10.1007/s11427-023-2566-8