張鋒Cell重大突破：基因編輯家族“新神器”誕生

　　1987年，科學家首次描述了CRISPR序列；2010和2011年，研究人員相繼發現了該序列的自然生物學功能；2013年，張鋒等科學家首次報道了CRISPR-Cas9系統在哺乳動物基因組編輯中的應用。

　　在過去的3年里，基因編輯神器CRISPR被認為是遺傳研究領域的革命性技術；科學家用它來編輯農作物、家畜甚至是人類胚胎。通過在不同疾病中運用該技術，研究人員希望有一天可以形成新的疾病治療方法。為了實現這一點，科學界也一直致力于CRISPR技術的改善研究。

　　全新基因編輯系統CRISPR/Cpf1

　　9月25日，發表在《細胞》雜志上的一項研究中，CRISPR技術先驅、Broad研究所合成生物學家張鋒領導的研究小組找到一種讓該技術更簡單、更精準的方法。一種叫做Cpf1的蛋白可能將克服CRISPR-Cas9系統應用中的一些限制。雖然CRISPR-Cas9系統適用于讓基因失去功能，但是對于真正實現用一個DNA序列的替換另一個還很困難。

　　盡管CRISPR比之前的基因編輯方法要簡單得多，但是張鋒認為仍有改進的余地。他和他的團隊搜索了整個細菌王國，找到了一種替代實驗室中常用Cas9酶的選擇。今年4月，相關論文發表在《自然》雜志上，他們在金黃色葡萄球菌中發現了一個更小版本的Cas9。小的型號讓Cas9酶更容易進入成熟細胞，這類細胞是一些潛在療法的關鍵“目的地”。

　　相比Cas9，CRISPR/Cpf1的四大優勢

　　雖然研究小組此次發現的Cpf1蛋白與Cas9相比有很多不同，但是也在一些細菌中與CRISPR共同存在。科學家們評估了來自16種不同細菌的Cpf1酶，最終發現有2種Cpf1能夠剪切人類DNA。與Cas9相比，Cpf1有以下四大優勢：

　　第一，大小不同。Cas9剪切DNA需要兩個小RNA分子，而Cpf1只需要一個。Cpf1酶比標準的SpCas9要小，更容易進入組織和細胞。

　　第二，剪切方式不同。Cas9是在同一個位置同時剪切DNA分子的雙鏈，最后形成的是分子生物學家常稱的平末端；而Cpf1剪切后形成是兩個不同長度的鏈，被稱之為黏性末端。平末端通常不容易處理。張鋒說：“粘性末端讓DNA插入更可控。”

　　第三，剪切位置不同。Cpf1剪切時離識別位點很遠，這讓研究人員在編輯位置的選擇上有了更多的選項。

　　第四，Cpf1系統在目標位置的選擇上提供了靈活性。像Cas9一樣，Cpf1復合物首先必須連接一個叫做PAM的短序列，目標位置必須是與天然存在的PAM序列相鄰。與Cas9相比，Cpf1復合物識別的PAM序列是非常不同的。

　　新型CRISPR/Cpf1系統誰能用？

　　CRISPR/Cas9系統巨大的商業價值也引來目前備受關注的ZL之爭。據MIT Technology Review網站報道，這項新的技術已經提交了ZL申請。Broad Institute研究所表示，這個新型的CRISPR/Cpf1系統可以讓科研人員使用，也會廣泛授權給那些銷售體系和化學物質給科研領域的公司。不過，對于哪些公司能夠獲得使用該技術開發新醫學療法的權利，研究所并未說明。

　　科學家們如何評價CRISPR/Cpf1系統？是否會優于CRISPR/Cas9？

　　倫敦帝國學院的表觀遺傳學家Luca Magnani說：“這個新發現讓很多我們之前不能實現的事情變成了可能。”

　　Broad研究所主任、人類基因組計劃主要領導人之一的Eric Lander說：“該研究不僅揭示了一種前所未有的CRISPR系統的功能，同時也表明了Cpf1在編輯人類基因組中非凡強大的功能。Cpf1系統代表了新一代的基因組編輯技術。”

　　Broad研究所的Levi Garraway說：“Cpf1意想不到的性質以及更精確的基因編輯為各種各樣的應用打開了大門，包括癌癥研究。”

　　這種新酶受歡迎程度會超越Cas9酶嗎？“現在還為時過早，”張鋒說。北卡羅來納州立大學的分子生物學家Rodolphe Barrangou說：“從長遠來講，目前還不清楚Cpf1是否會優于Cas9。不過，CRISPR/Cpf1系統是生物學領域非常有價值的新工具。”

　　張鋒表示：“我很高興發現了完全不同的、可用于科學研究和改善人類健康的新型CRISPR酶。”

　　這項新成果也表明了，研究人員依然可以從不斷進化的細菌基因編輯系統中學到很多。目前，張鋒依然在尋找其它的DNA“剪刀”。