Cell：CRISPR「關閉開關」如何起作用

對於許多細菌來說，一線防禦病毒感染的是一個RNA引導的「免疫系統」——CRISPR-Cas。該系統識別病毒DNA並觸發破壞作用。然而，病毒可以用「anti-CRISPR」蛋白質反擊和禁用此系統，直到現在人們才知道這些anti-CRISPR蛋白是如何工作的。

由Scripps研究所的生物學家Gabriel C. Lander領導的研究小組第一次解決了病毒的anti-CRISPR蛋白和細菌的CRISPR複合物結合的結構，準確地揭示了病毒如何讓細菌防禦系統失效。相關文章在3月23日的Cell上發表。研究人員發現anti-CRISPR蛋白質通過鎖定CRISPR識別和攻擊病毒基因組的能力。一種anti-CRISPR蛋白甚至「模仿」DNA來讓CRISPR複合物關閉。

Lander說：「雖然CRISPR-Cas9是著名的CRISPR系統，但有19種不同類型的CRISPR系統，每一個都可能有遺傳工程上的獨特優勢。它們是一個龐大的，未開發的資源。我們越了解這些系統的結構，我們就越能利用它們作為基因編輯的工具。」

三點揭示anti-CRISPR如何起作用

使用被稱為冷凍電子顯微鏡的高解析度成像技術，研究人員發現了CRISPR和anti-CRISPR的三個重要的方面：

首先，研究人員發現CRISPR複合物如何分析病毒的遺傳物質來發現它們應該攻擊哪裡。複合物中包裹CRISPR RNA的蛋白像張開的手，向細菌RNA的特定部分打開。這些部分的RNA掃描病毒DNA，尋找它們識別的基因序列。這個系統可以快速讀取大量DNA並準確集中目標，如果CRISPR複合物識別病毒的DNA目標，就會招募其它分子破壞病毒的基因組。

接下來，研究人員分析了病毒anti-CRISPR蛋白如何讓CRISPR系統無法工作。他們發現，一種anti-CRISPR蛋白掩蓋了CRISPR RNA裸露部分，從而防止CRISPR系統掃描病毒DNA。這些anti-CRISPR蛋白阻止細菌識別病毒的DNA，它們能靶向CRISPR複合物的關鍵部分。如果細菌要實現避免病毒攻擊而變異，CRISPR系統會停止運轉。科學家們認為如果識別DNA的機制沒有完全改變的話，CRISPR系統無法逃避這些anti-CRISPR蛋白。

另一個anti-CRISPR蛋白則使用不同的技巧。基於其位置和負電荷，研究人員認為這個anti-CRISPR蛋白模仿DNA，讓CRISPR複合物這個蛋白質結合，而不是和入侵的病毒DNA結合。

研究人員認為這些發現非常重要，以前他們只是知道的有anti-CRISPR蛋白會阻斷細菌的防禦，但還不知道它們是如何工作的。他們相信對這種anti-CRISPR蛋白的最新了解可能將導致更複雜和更有效的工具。也許anti-CRISPR蛋白可用於CRISPR系統阻斷基因編輯或者降解anti-CRISPR蛋白觸發基因編輯。

CRISPR「關閉開關」的發現

2016年12月8日，發表在Cell雜誌上題為「NaturallyOccurring Off-Switches for CRISPR-Cas9」的一項研究中，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）。這一成果有望更好地控制這一技術的應用，幫助開發基於CRISPR的人類疾病治療方案。

2016年12月29日，發表在Cell雜誌上題為「Inhibitionof CRISPR-Cas9 with Bacteriophage Proteins」的研究中，來自加州大學舊金山分校（UCSF）的科學家們找到了在細菌和人類細胞中能都能夠阻止CRISPR系統基因編輯活性的抑制劑。科學家們發現的這兩個「關閉開關」為 AcrIIA2和AcrIIA4，通過阻礙Cas9酶的活性發揮抑制作用。