寶「剪」鋒從磨礪出！2016年「20項突破」讓CRISPR魔力升級

生物探索

編者按

年終盤點季，小編帶大家一起回顧一下「魔剪」CRISPR技術在過去一年的「豐功偉績」。進入臨床研究、多家公司上市、編輯人類胚胎、「霸屏」CNS，2016年的CRISPR技術似乎更具「魔力」了。以下，跟隨小編一起回顧CRISPR領域2016年的大事件吧。

短短几年時間，基因編輯技術CRISPR以「神之速度」風靡整個生命科學領域。回首2016年，小編印象最深刻的CRISPR事件有三個：中國科學家開展全球首個基於CRISPR技術治療肺癌的臨床試驗、英國率先批准CRISPR編輯健康人類胚胎、三家CRISPR公司相繼上市。

CRISPR技術已用於臨床研究

將CRISPR技術用於人類疾病治療是很多科學家的終極目標。開展臨床研究則是實現這一目標的必經之路。究竟哪個團隊能在全球率先開展CRISPR臨床研究一直備受矚目。最先漏出風聲的是賓夕法尼亞大學的CAR-T大牛Carl June教授團隊。6月21日，福布斯網站發布了題為「Team Funded By Billionaire Sean Parker Aims To Be First To Use CRISPR Gene Editing In People」的報道。這篇文章中提到「First」是指Carl June團隊提出第一個將CRISPR應用於人體的試驗，用於治療骨髓瘤、黑色素瘤和肉瘤。

盧鈾教授

雖然，這一試驗很快拿到了NIH下屬Recombinant DNA Advisory Committee（RDAC）的「通行證」，但1個月後Nature雜誌發表的一篇重磅報道卻讓這一試驗成為「First」有了重要競爭對手。報道稱，四川大學華西醫院腫瘤學家盧鈾教授研究小組計劃在今年8月啟動利用CRISPR技術編輯的T細胞治療化療、放療以及其它療法治療無效的轉移性非小細胞肺癌患者的臨床試驗。

11月15日，Nature更新了這一試驗的最新進展。10月28日，首名患者接受了經CRISPR技術改造的T細胞的治療。盧鈾教授在接受採訪時表示，這次治療進展得很順利，患者即將接受第二次注射。

此外，據Nature消息，Carl June團隊的試驗預計在今年年底啟動。截止目前，未有相關進展報道。

小編說：2013年1月，張鋒等科學家在Science上發表了首篇證明CRISPR技術可用於編輯人類細胞基因組的論文。短短4年的時間，CRISPR技術以驚人的速度在發展，未來必定會有更多的臨床研究相繼開展。我們期待，這一被寄予厚望的「魔剪」能夠真正幫助人類對抗疾病。

CRISPR編輯人類胚胎研究仍在進行

2015年，中國科學家（中山大學黃軍就研究小組）發表了世界首篇基因編輯人類胚胎的論文，引發了整個行業的震動。儘管爭論不斷，但這一方面的研究卻仍在繼續。今年，來自廣州醫科大學附屬第三醫院范勇領導的研究團隊在《輔助生殖與遺傳學期刊》上發表了另一篇基因編輯人類胚胎論文。從2014年4月至9月，研究者從87名志願者那裡收集了213枚三原核受精卵，即原本不能正常發育的人類胚胎細胞。研究者通過基因編輯技術CRISPR，對這些受精卵中的基因ccr5進行編輯，結果發現26個人體胚胎細胞中，僅有4個細胞的基因成功被修飾。值得一提的是，中國科學家的這兩篇論文中使用的是都是原本不能正常發育的人類胚胎。

最早公開提出基因編輯健康胚胎的科學家是英國Francis Crick 研究所的研究人員Kathy Niakan。今年2月，英國人類生育與胚胎學管理局正式批准Niakan研究團隊使用CRISPR技術敲除日齡胚胎中發育基因的研究申請。這是國家監管機構首次對基於CRISPR技術的人類胚胎編輯研究放開「閘門」。

事實上，除了英國科學家，瑞典科學家也已開展了同類研究。今年9月，據NPR網站報道，瑞典科學家Fredrik Lanner已經開始編輯健康人類胚胎了。具體來說，他將通過「關閉」胚胎中的一些基因，探索這些基因在早期發育中的作用。據當時的報道稱，Lanner已經編輯了至少12個胚胎。

小編說：關於編輯胚胎、定製嬰兒，張鋒去年在清華大學演講中曾表示，如果一對父母想要孩子，但他們都有某種突變的遺傳疾病，用基因編輯技術來修復胎兒的這些突變是有可能的。而對有目的地去設計嬰兒的某些特性，張鋒完全反對。他說：「這樣的風險是很大的，因為我們對生物遺傳系統的複雜程度還知之甚少，要是直接引入某些突變，你無法預測它在整個系統中出現什麼樣的反應」。

三大CRISPR公司紛紛上市

眾所周知，張鋒、Jennifer Doudna、Emmanuelle Charpentier、George Church等科學家在CRISPR的發現和發展中起到了舉足輕重的作用。而這些先驅者除了在研究領域保持領先地位，在商業領域也佔得先機。

今年年初，張鋒與人聯合創辦的Editas Medicine成為首個登陸納斯達克市場的基因編輯股，IPO募資9440萬美元。5月，知識產權來自Jennifer Doudna的Intellia Therapeutics 也完成了IPO，募得資金1.08億美元。10月，Emmanuelle Charpentier與人聯合創辦的CRISPR Therapeutics宣布進行IPO。公司以每股14美元的價格發行400萬股票，募集總金額達5600萬美元。

小編說：CRISPR技術的快速發展除了為科研人員帶來便利，為攻克難治疾病帶來希望，也為產業界帶來了新的商機。上述三家公司除專註自己的開發外，還與很多製藥巨頭建立了合作，包括諾華、拜耳、Regeneron等。不過，正如一些行業人士所說，CRISPR用於疾病治療的潛能還需要進一步的驗證。

「20項突破」讓CRISPR更具「魔力」

在去年12月的1篇文章中，小編第一次用到了「魔剪」一詞。經過2016這一年的發展，CRISPR的「魔力」又有了新的升級。小編的一種感覺是：科學家+CRISPR=無所不能。或許這說法過於誇張，但這一年，CRISPR確實有了大量新的、突破性的進展。同時編輯多個基因、任意「編輯」非分裂細胞、「改寫」單個核苷酸、靶向RNA，這些研究再次展現了CRISPR技術的無限潛能。以下小編為大家列舉2016年CRISPR技術相關的20項重要進展。所有報道均可點擊【詳細】查看詳情。

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技術篇

1# Cell：首次！科學家找到「魔剪」CRISPR「關閉」開關

Naturally Occurring Off-Switches for CRISPR-Cas9

12月8日，發表在Cell雜誌上一項研究中，來自多倫多大學和馬薩諸塞大學的科學家們首次發現了CRISPR/Cas9的「關閉開關」（off-switches）。研究小組鑒定出了3個天然存在的、能夠抑制Cas9酶的蛋白質家族。在CRISPR/Cas9系統中，Cas9酶發揮著剪斷目標DNA序列的功能，而這些稱為anti-CRISPR的蛋白質具有阻斷DNA切割的能力。

2# Nature Biotechnology：張鋒再發新突破！CRISPR可實現同時編輯4個基因

Multiplex gene editing by CRISPR–Cpf1 using a single crRNA array

12月5日，發表在Nature Biotechnology上的一項研究中，科學家們發現，CRISPR/Cpf1系統能夠克服Cas9靶向多個基因位點的限制。研究表明，Cpf1加工自身CRISPR RNA (crRNA)的能力可用於簡化多重基因組編輯。使用單個定製的CRISPR陣列（array），研究人員實現了在哺乳動物細胞中同時編輯多達4個基因，在小鼠大腦中同時編輯3個基因。張鋒以及Wageningen大學的John van der Oost是這篇論文的共同通訊作者。【詳細】

3# Nature：首次！新CRISPR可任意「編輯」非分裂細胞

In vivo genome editing via CRISPR/Cas9 mediated homology-independent targeted integration

11 月16日，發表在Nature上的一項研究中，Salk研究所的科學家們首次發現，基於CRIPSR的技術能夠將DNA插入到非分裂細胞（non-dividing cells）的靶向位置。此外，研究還證實，這一技術能夠部分恢復盲鼠的視覺反應。

4# Science「力挺」Nature：新型「魔剪」CRISPR，僅「改寫」單個核苷酸

Targeted nucleotide editing using hybrid prokaryotic and vertebrate adaptive immune systems| Science

Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage|Nature

今年科學家們發表了多篇利用改造的CRISRP技術編輯單個核苷酸的論文。8月4日，發表在Science雜誌上的一項研究中，日本神戶大學的Akihiko Kondo教授帶領的科學家小組通過將一種被修飾過的Cas9酶與來源於七鰓鰻（sea lamprey）免疫系統中一種酶結合，找到了編輯單一DNA核苷酸的新方法。更早的一篇文章於4月20日發表在Nature上。哈佛大學化學生物學教授David Liu帶領的研究小組利用不同的脫氨酶（來自大鼠）率先發表了同類技術。【詳細】

5# Science：張鋒發現「新魔剪」，僅靶向RNA

C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector

6月2日，發表在Science上的一項研究中，來自Broad研究所、MIT、NIH等機構的科學家們描述了一種新型靶向RNA的CRISPR系統。研究鑒定出了一種具有靶向和降解RNA能力的RNA導向酶（RNA-guided enzyme）C2c2，並描述了該酶的功能特徵。研究表明，僅靶向RNA的CRISPR/C2c2系統能夠幫助細菌對抗病毒感染。張鋒和Eugene V. Koonin是該研究的共同通訊作者。【詳細】

6# Nature Biotechnology：實現前所未有的CRISPR基因編輯成功率

Enhancing homology-directed genome editing by catalytically active and inactive CRISPR-Cas9 using asymmetric donor DNA

1月20日，發表在Nature Biotechnology上的一項研究中，加州大學伯克利分校的研究人員對CRISPR-Cas9技術做出重大改進，在用一段短DNA片段替代另一段DNA時獲得了高達60%的前所未有的成功率。

7# Nature：科學家「力破」脫靶效應，向精準CRISPR時代邁進

High-fidelity CRISPR–Cas9 nucleases with no detectable genome-wide off-target effects

1月6日，發表在Nature雜誌的一項研究中，麻省總醫院的研究人員開發出一個新版本的Cas9酶或將強有力的解決這一困擾CRISPR/Cas9系統的障礙，使脫靶效應降低到無法檢測的水平。這項最新的成果闡述了經改版的Cas9酶是如何降低與靶DNA（ target DNA）的非特異性互作，這將大大擴大基因編輯技術的應用範圍。【詳細】

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應用篇

8# Nature：CRISPR治療遺傳疾病又進一大步，臨床前試驗獲成功

CRISPR/Cas9 β-globin gene targeting in human haematopoietic stem cells

11月7日，發表在Nature上的一項研究中，斯坦福大學的研究團隊利用CRISPR技術在人體幹細胞中修復了造成鐮狀細胞貧血病的基因。這是在研髮針對該疾病的基因治療道路上走出的關鍵一步。這項研究證明了修復後的細胞能生成正常功能的血紅蛋白分子，可以在正常紅細胞中攜帶氧氣，這些幹細胞也可以正常移植回小鼠體內。

9# Nature：CRISPR實施全基因組篩選鑒定腸道病菌感染靶標

Frizzled proteins are colonic epithelial receptors for C. difficile toxin B

10月20日，發表在Nature上的一項研究中，美國波士頓兒童醫院的研究小組鑒定了新的威脅生命的胃腸道艱難梭菌（Clostridium difficile）感染的關鍵靶標。這項工作揭示了這種細菌最強效的毒素如何進入細胞。這是開發抵抗它的療法的第一步。【詳細】

10# Nature：「魔剪」CRISPR揭開線粒體疾病遺傳秘密

Accessory subunits are integral for assembly and function of human mitochondrial complex I

9月14日，發表在Nature雜誌上的一項研究中，來自澳大利亞莫納什大學等機構的科學家們藉助CRISPR/Cas9技術鑒定出了與線粒體疾病相關的2個新基因（ATP5SL和DMAC1）。這一結果為實現更好的疾病基因診斷開闢了道路，同時有望幫助鑒定潛在的治療靶點。【詳細】

11# Science：巧借CRISPR，科學家首次發明人體細胞DNA「錄音機」

Continuous genetic recording with self-targeting CRISPR-Cas in human cells

8月18日，發表在Science雜誌上的一項研究中，來自MIT的科學家們利用CRISPR技術，首次開發出了人體細胞DNA「錄音機」。據悉，這是首個可以記錄人類細胞中事件持續時間和/或強度的模擬記憶存儲系統。【詳細】

12# Science：「魔剪」CRISPR又立一功，這次跟腹瀉有關

Discovery of a proteinaceous cellular receptor for a norovirus

8月18日，發表在Science上的一項研究中，來自華盛頓大學和Broad研究所的科學家小組在CRISPR/Cas9技術的幫助下，鑒定出了諾如病毒入侵細胞所需的關鍵蛋白——CD300lf。這項工作為研究這種曾經讓科學家們無可奈何的病毒提供了新的方法，也有望幫助開發治療方案或相應的疫苗。【詳細】

13# Science：CRISPR技術可實現永久記錄活細胞分子事件

Molecular recordings by directed CRISPR spacer acquisition

6月9日，發表在Science上的一項研究中，遺傳學大牛George Church帶領的研究小組利用CRISPR/Cas技術開發出了一種能夠永久記錄活細胞中分子事件的方法。這一系統將特定的合成DNA元件按時間順序整合到細胞基因組中。通過測序，系統能夠提供細菌DNA事件的時間表。

14# Science：CRISPR「直擊」胚胎生長過程

Whole organism lineage tracing by combinatorial and cumulative genome editing

5月26日，發表在Science上的一項研究中，哈佛大學的研究人員設計了一種在發育動物中標記和追蹤細胞的新方法。在首次測試中，研究人員利用CRISPR技術揭示了一項驚人的發現，即成年斑馬魚中的許多組織和器官僅僅是從幾個胚胎細胞形成的。【詳細】

15# Cell：升級版CRISPR可精確改造活體樣本神經元DNA

High-Throughput, High-Resolution Mapping of Protein Localization in Mammalian Brain by In Vivo Genome Editing

5月12日，發表在Cell上的一項研究中，馬克斯普朗克佛羅里達神經科學研究所的科學家們開發出了基於CRISPR的新技術——SLENDR。利用這一技術，研究人員能夠精確改造活體樣本中的神經元DNA。

16# Science：CRISPR技術新應用，快速鑒別基因變異

CRISPR-directed mitotic recombination enables genetic mapping without crosses

5月5日，發表在Science上的一項研究中，由加州大學洛杉磯分校的Leonid Kruglyak領導的研究小組開發出了一項新技術，可實現利用基因編輯系統CRISPR來快速鑒別基因變異。

17# Nature：科學家利用CRISPR技術成功引入特異純合子和雜合子突變

Efficient introduction of specific homozygous and heterozygous mutations using CRISPR/Cas9

4月27日，發表在Nature雜誌上的一項研究中，來自洛克菲勒大學的研究人員報告稱，他們利用CRISPR/Cas9成功地有效引入了特異的純合子和雜合子突變。這一突破性的成果將推動人類的疾病研究。

18# Cell：首次利用CRISPR技術追蹤RNA

Programmable RNA Tracking in Live Cells with CRISPR/Cas9

3月17日，發表在Cell雜誌上的一項研究首次利用CRISPR-Cas9靶向作用於活細胞中的RNA。來自美國加州大學聖地亞哥分校的研究人員發現，CRISPR/Cas9有可能最終可用於研究廣泛的疾病相關RNA過程，及操控基因轉錄進行疾病建模。【詳細】

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發現篇

19# Nature顛覆發現：病毒也有CRISPR樣系統

MIMIVIRE is a defence system in mimivirus that confers resistance to virophage

2月29日，在線發表於Nature上的一項研究中，法國科學家們報告稱，巨型病毒mimiviruses擁有類似細菌CRISPR系統一樣的抵禦入侵的防禦系統。研究者們將這一類似CRISPR的系統命名為MIMIVIRE。【詳細】

值得一提的是，今年6月，發表在《中國病毒學》（Virologica Sinica）雜誌上的一項研究卻對Nature上的這一成果提出了質疑。研究人員稱，MIMIVIRE與CRISPR/Cas系統並不相似，它並不是通過核酸識別系統發揮作用，且不太可能具備真正的適應性免疫系統的所有特性。【詳細】

20# Science：諾獎得主發現新型CRISPR系統

Direct CRISPR spacer acquisition from RNA by a natural reverse transcriptase–Cas1 fusion protein

2月26日，發表於Science上的這項研究中，科學家們發現，細菌具有一個可以識別及破壞危險病毒的系統，其利用了涉及核糖核酸（RNA）的一種新機制。它與捕獲外源DNA的CRISPR/Cas系統非常相似。諾獎得主Andrew Fire是這一研究的共同通訊作者。

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結語

受篇幅限制，經過艱（精）難（挑）抉（細）擇（選），小編選出了以上20項進展與大家分享。想要了解更多CRISPR技術2016年的研究進展、時政和產業動態等內容，歡迎登陸生物探索網站，搜索【CRISPR】、【基因編輯】。

最後，跟蹤了基因編輯技術整整一年的小編想說：「寶剪」鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。希望在科學家們的共同努力下，這一技術能夠真的不負眾望。

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