Jennifer Doudna等發現新CRISPR-Cas系統——已申請專利

BioArt：北京時間12月23日凌晨，Nature雜誌在線刊發了來自加州大學伯克利分校Jennifer A. Doudna和Jillian F. Banfield合作的題為「New CRISPR–Cas systems from uncultivated microbes」的重磅研究成果，研究表明她們開發了一種新型的CRISPR-Cas基因編輯系統，命名為CRISPR–CasX 和CRISPR–CasY。值得注意的是該篇文章從投稿到online不到兩個月的時間，而且Nature雜誌特別標明是「加快評審文章」（Accelerated Article Preview），更值得關注的是Nature的PDF文章中明確提到了，加州大學就這個新的發現已經向美國專利商標局提交了臨時專利申請（見下圖）。Jennifer A. Doudna和Jillian F. Banfield為本文的通訊作者。

一般來說，按照慣例Nature雜誌都是在北京時間周四凌晨在線出版新的一期文章，而這篇重量級的新型CRISPR-Cas系統文章在北京時間周五凌晨在線發表，自然意義非同尋常，值得注意的是PDF格式的論文都不是最終排版好的版本，好玩的是國內外一些媒體在論文online的一瞬間都release了新聞稿，國內的是《澎湃新聞》，國外的主要是《The Scientist》，加州大學伯克利分校也發布了新聞（見下圖）。

看媒體這架勢，新基因編輯系統確實非同尋常，不過到真正應用於基因編輯尚需時日。

目前的CRISPR-Cas基因編輯技術完全是基於可培養的細菌，而目前自然中還有著非常多的「不可培養的細菌」（uncultivated microbes，自然界中有很多細菌在正常的實驗條件下不能生長產生菌落的狀態，而且這種不可培養狀態是普遍存在的，這一概念由馬里蘭大學微生物學家Colwell在1982年提出，見下圖）

Jennifer A. Doudna和Jillian F. Banfield的這篇文章主要研究了地下水、底下沉積物、酸性礦山廢水、土壤和嬰兒腸道等其它環境中的微生物，運用宏基因組學的手段從「不可培養的細菌」中找到了能夠進行基因編輯的新系統CRISPR–CasX 和CRISPR–CasY（見下圖）。

了解一點CRISPR-Cas9系統的研究人員應該知道，目前實驗室常用的Cas9的質粒來源於嗜熱鏈球菌，這種細菌主要應用於酸奶的製作，是一種原核微生物。然而這項新的研究中，研究人員主要是從一類納古菌門（nanoarchaea）的古菌中分離到的CasX和CasY，對微生物背景知識了解一些的應該知道古菌在某些特性上更接近真核生物，儘管從分類上古菌是獨立於細菌和真核生物的。這項研究也打破了過去一段時間內學術界主要認為這類編輯系統主要存在於細菌中的認識。（This findings expand the occurrence of Cas9-containing CRISPR systems to another domain of life）

應該來說，這項研究大大拓展人們對CRISPR-Cas系統的認識，特充分表明了微生物是個大寶庫，或許未來還可以在系列微生物中找到更多的基因編輯系統。

在《The Scienctist》雜誌的相關報道中，北卡羅萊州立大學Rodolphe Barrangou說道，「在宏基因組的暗物質裡面掘金簡直太酷了，大自然的事物遠比人們想像的多得多」。

在過去的十年里，Jillian F. Banfield和她的同事們從不同的地方收集了大量的微生物，提取這些微生物的DNA並重構基因組。這些基因組的分析設計Terabase級別的數據分析，正式這些前期的系統性的研究奠定了今日她和Jennifer A. Doudna合作的這篇重量文章的研究基礎。

新發現的CRISPR-CasY系統來源於一種加州Crystal Geyser的深層水中，圖片引自UCB的新聞網

Jillian F. Banfield在科羅拉多採集數據，她採集到的細菌被發現含有CRISPR-CasX系統，圖片引自UCB的新聞網

今年4月份，Jillian F. Banfield的一項研究為找到新的CRISPR-Cas系統奠定了良好的基礎

Jennifer Doudna

到目前為止，已知報道能切割核酸的Cas II型系統蛋白成員有Cas9、Cpf1、C2c1（切割DNA），C2c2（切割RNA），C2c3（可能切割DNA）。有關CRISPR–CasX 和CRISPR–CasY系統是否能真正變成有效的基因編輯工作，尚待進一步研究，Doudna和她的同事們目前正在緊張的開展此項研究工作。

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