从CRISPR到CasMINI，基因编辑系统不断前进

文|陈根

CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）是原核生物基因组内的一段重复序列，是生命进化历史上，细菌和病毒进行斗争产生的免疫武器。该技术于20世纪90年代初被发现，此后迅速成为人类生物学和微生物学十分流行的基因编辑工具。

CRISPR的突破性进展，很大一部分归功于一种名叫Cas9的特殊编程酶。工程编辑系统利用这种酶，能发现、切除并取代DNA的特定部分。从改变老鼠皮毛的颜色，到设计不传播疟疾的蚊子和抗虫害作物，再到修正镰状细胞性贫血等各类遗传疾病等，这种技术的影响极其深远。

虽然CRISPR有许多优点，但在人类癌细胞系列中，其可能产生大量“误伤目标”，尤其是对不希望改变的基因做修改。而且它们尺寸往往较大，不容易直接送入活的生物体、细胞和组织内。

为此，来自斯坦福的研究人员开发了一个体积更小的基因编辑系统，命名为CasMINI。传统的CRISPR系统，如使用1000个氨基酸的Cas9，以及使用1500个氨基酸的Cas12a；相比之下，CasMINI只有529个氨基酸，但二者编辑遗传密码的效力却难分伯仲。

为了创建更精致的系统，研究人员从CRISPR蛋白Cas12f开始，使它从一开始就比其他系统小。Cas12f也被称为Cas14，选择这种蛋白质是因为它包含400到700个氨基酸。但使用Cas12f的一个挑战是——它源自一个单细胞生物，并不适合在人类细胞中使用。

为了让它在人体中发挥作用，研究人员在蛋白质中使用了大约40个突变，使它能够绕过一个限制，该限制使蛋白质难以在细胞内找到其目标。最终，研究人员找到一种能够通过激活其基因组中的绿色荧光蛋白使人类细胞变绿的工作变体，从而改善该蛋白的性能。

由于CasMINI尺寸较小，更容易直接进入人类细胞。未来，其有望成为治疗各种疾病的工具，比如导致器官退化和遗传性疾病的疾病。