受熱捧的基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9并非完美，它猶如一輛沒有剎車裝置的汽車，可能失控傷及無辜，即產(chǎn)生脫靶效應(yīng)——編輯了不該編輯的基因片段。從去年12月開始，科學(xué)家們爭先恐后地開啟為CRISPR安上“剎車”的研究，他們試圖從自然界，找出這個“剎車”。

美國生物學(xué)家、最先提出CRISPR-Cas9可以進行基因編輯的詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna）也是其中的一員。當(dāng)?shù)貢r間8月24日，她與同事的相關(guān)論文發(fā)表在頂級期刊《細(xì)胞》（Cell）雜志，揭示了兩個可以為CRISPR的基因編輯畫上停止鍵的蛋白質(zhì)是如何發(fā)揮作用的。此外，這兩個抑制蛋白具有廣譜性，也就是說可以適用不同的CRISPR系統(tǒng)。

CRISPR系統(tǒng)應(yīng)用于基因編輯，是科學(xué)家從細(xì)菌身上取得的“經(jīng)”。為了對付“殺手”噬菌體，細(xì)菌的免疫系統(tǒng)經(jīng)過漫長的時間，進化出CRISPR系統(tǒng)。一旦有噬菌體入侵細(xì)菌，細(xì)菌的免疫系統(tǒng)會抓取一段噬菌體的DNA作為備份。等到下一次噬菌體再次來襲，細(xì)菌就可以根據(jù)備份，做出識別。識別成功時，細(xì)菌的Cas9蛋白會切斷噬菌體的DNA。這套系統(tǒng)為人類所用時，可以高效地對目標(biāo)基因進行切割、添入等編輯。由于其高效，在業(yè)界有“基因魔剪”之稱。

盡管CRISPR系統(tǒng)被廣泛驗證其有效性，成為全球各大生物實驗室的寵兒，也有一些人體臨床試驗已經(jīng)開展。但CRISPR的脫靶性問題尚未得到完全解決。一旦CRISPR系統(tǒng)進入工作模式，科學(xué)家們此前一直沒有辦法干預(yù)其過程，只能任其操作至自然結(jié)束，其中可能會發(fā)生錯誤編輯非目標(biāo)基因的情況，帶來安全性隱患。

可喜的是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，求生的本能同樣讓噬菌體想出對策，進化出了針對細(xì)菌CRISPR系統(tǒng)的抑制蛋白，用來逃避細(xì)菌免疫系統(tǒng)的攻擊。這些抑制蛋白被稱為ACR蛋白。

杜德納與同事此次研究的AcrIIC1 和AcrIIC3便是其中兩種。

AcrIIC1 和AcrIIC3是通過什么方式來對付難纏的CRISPR系統(tǒng)呢？杜德納和同事發(fā)現(xiàn)，當(dāng)AcrIIC1和Cas9蛋白相遇時，AcrIIC1會緊緊結(jié)合Cas9用來抓取DNA的位置，從而使得Cas9無法搗亂。打個比方，這相當(dāng)于給Cas9這把鋒利的剪刀套上了外殼，無法再做出“剪”的行為。

不僅如此，AcrIIC1可以抑制多種Cas9蛋白，具有廣譜性。

相比之下，AcrIIC3能發(fā)揮作用的范圍要小，只能抑制一種Cas9蛋白。而且，和AcrIIC1不同，AcrIIC3不結(jié)合Cas9蛋白，而是將兩個Cas9蛋白拉攏在一起，改變它們的結(jié)構(gòu)，從而使得Cas9對DNA無計可施。

值得一提的是，杜德納并不是第一個發(fā)現(xiàn) CRISPR系統(tǒng)“關(guān)閉開關(guān)”的人。

在2016年12月，來自加拿大多倫多大學(xué)和美國馬薩諸塞大學(xué)的科學(xué)家們首次發(fā)現(xiàn)了自然界隱藏的這類“關(guān)閉開關(guān)”。但當(dāng)時，科學(xué)家們還不清楚，這些抑制蛋白是如何發(fā)揮“關(guān)閉開關(guān)”作用的。

數(shù)個月后，來自不同國家的兩個科研小組先后通過解析蛋白結(jié)構(gòu)是什么樣的，來揭示抑制蛋白防守CRISPR系統(tǒng)的機制。其中就包括哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授黃志偉的課題組。但他們所解析的和杜德納此次解析的都為不同種類的抑制蛋白。

不久的將來，科學(xué)家或許就能找到最合適的“關(guān)閉開關(guān)”，不由CRISPR系統(tǒng)任性，為其安全性“保駕護航”。