Cell：CRISPR/Cas9再获重要突破

　　Whitehead研究所的科学家们首次对顶复门（Apicomplexa）生物进行了全基因组筛选。研究人员用温和版CRISPR/Cas9系统逐个破坏弓形虫的8,158个基因，进而研究它们各自的功能。

　　

生物通报道：Whitehead研究所的科学家们首次对顶复门（Apicomplexa）生物进行了全基因组筛选。这项重要的研究成果于九月二日发表在Cell杂志上。顶复门的单细胞寄生虫会引起疟疾、巴贝斯虫病、隐孢子虫病和弓形虫病，但我们对这些家伙还知之甚少。

“我们一直没什么办法研究顶复门寄生虫所有基因的功能，”Whitehead研究所的Sebastian Lourido说。“现在我们找到了一个好方法。这种方法可以研究寄生虫的各种问题，从获取营养、应答免疫压力到遗传学互作，是相关领域的一次重要飞跃。”

弓形虫（Toxoplasma gondii）是一种寄生在细胞内的病原体，可以感染包括人在内的几乎所有的温血动物。弓形虫感染引起的肺部疾病对新生儿、儿童和存在免疫力低下人（AIDS、骨髓移植、器官移植等）特别危险。感染了弓形虫的孕妇会将这种寄生虫传给胎儿，可能导致流产或死产，影响孩子的大脑、眼睛和听力。

另一种顶复门寄生虫更令人头疼，那就是恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）。根据世界卫生组织WHO的统计，2015年有超过四十万人死于恶性疟原虫引发的疟疾。弓形虫与恶性疟原虫亲缘关系很近，可以作为研究恶性疟原虫的模型。然而弓形虫研究发展得并不顺利，因为人们无法快速有效地敲低基因。在顶复门寄生虫中RNA干扰（RNAi）没什么活性，随机诱变又难以解读，遗传杂交也难以实施。

此外，用CRISPR/Cas9进行基因组编辑也并不好做，因为Cas9酶对弓形虫基因组毒性太大。CRISPR是规律成簇的间隔短回文重复（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）的缩写。CRISPR与内切酶Cas9是一对好基友，细菌依靠它们组成的防御系统对抗外来侵略者。CRISPR/Cas9能够在引导RNA的指引下，靶标并切割入侵者的遗传物质。2012年研究者们利用这一特点，将CRISPR系统发展成了强大的基因组编辑工具。该系统使用简单而且扩展性强，很快便成为了生物学领域最耀眼的明星。

为了克服Cas9对弓形虫基因组的毒性，研究人员开发了一种“诱饵”sgRNA。研究显示，这种诱饵能够有效降低Cas9的活性。研究人员用这种温和版CRISPR/Cas9系统逐个破坏弓形虫的8,158个基因，进而研究它们各自的功能。

他们通过这种方法鉴定了与寄生虫适应人类细胞有关的二百个基因，这些基因是顶复门寄生虫所共有的。其中一个基因编码的CLAMP蛋白，对寄生虫入侵宿主细胞有很大的影响。为了进一步分析这个蛋白的作用，研究人员在恶性疟原虫中敲低了这个蛋白。他们发现，缺乏功能性的CLAMP疟原虫就无法在红细胞中生长。研究人员指出，虽然全基因组CRISPR/Cas9系统可以很好的作用于弓形虫，但这种策略并不适合恶性疟原虫。正因如此，弓形虫将是研究疟疾的重要模型。

CRISPR/Cas9是精确改写基因组的便捷工具。不过，在难转化的植物中进行CRISPR/Cas9基因组编辑在技术上还有一定的挑战，往往会产生令人担忧的转基因中间产物。中科院遗传与发育生物学研究所的科学家们解决了这个问题。 八月二十五日他们在Nature Communications杂志上发表文章，向人们展示了无转基因的CRISPR/Cas9基因组编辑方法。文章通讯作者是中科院遗传与发育生物学研究所的高彩霞（Caixia Gao）研究员。（更多详细信息参见：中科院明星学者发表CRISPR重要成果）

PRKAG2心脏综合征是由PRKAG2基因突变造成的常染色体显性遗传疾病，包括家族性心室预激、传导系统病变及心肌肥厚，患者往往会出现室性心动过速和进程性心力衰竭。这种疾病目前还很难治疗，需要进行心脏移植。武汉大学、中科院和复旦大学的研究人员建立了PRKAG2心脏综合征小鼠模型，并通过CRISPR/Cas9基因组编辑成功校正了小鼠的PRKAG2突变。这项研究最近发表在Cell Research杂志上。（更多详细信息参见：武大、复旦等单位用CRISPR治疗遗传疾病）

诺如病毒在生活中很常见，每年都会在学校、酒店和游轮中造成疫情，使患者出现腹泻、呕吐、胃痉挛等症状。不过，科学家们对这种病毒的致病机制一直知之甚少，因为这种病毒无法在实验室中培养。华盛顿大学的研究人员通过CRISPR/Cas9技术鉴定了诺如病毒入侵细胞所需的蛋白。研究显示，用CRISPR/Cas9敲低CD300lf基因的时候，诺如病毒就不能感染细胞了。（更多详细信息参见：Science：CRISPR解决棘手的科研难题）

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文：A Genome-wide CRISPR Screen in Toxoplasma Identifies Essential Apicomplexan Genes