Nature重磅！CRISPR再迎技术革新！xCas9可有效提高CRISPR效用！

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导  读  CRISPR是生物科学领域的游戏规则改变者，这种突破性的技术通过一种名叫Cas9的特殊编程的酶来发现、切除并取代DNA的特定部分。问世以来，CRISPR-Cas9已成为生物实验的关键工具。该技术相较于过往的编辑工具可以更加迅速便捷地对基因组的特定位点进行编辑，相应的，其局限性也困扰着研究人员。
哈佛大学的化学生物学家David Liu领导的研究团队设计出一种称为xCas9新酶，可更多更有效地修改基因组中的位点，进而提高CRISPR-Cas9的效用，同时还可降低脱靶风险。这项研究结果以《Evolved Cas9 variants with broad PAM compatibility and high DNA specificity》为题发表在2月28日的《Nature》上。

CRISPR靶向特异性是由两部分决定的，一部分是RNA嵌合体和靶DNA之间的碱基配对能力，另一部分是Cas9蛋白对靶DNA的3'末端发现的被称为protospacer adjacent motif（PAM）的DNA序列上的识别能力。

PAM通常由NGG三个碱基构成（N为任意碱基）。
病毒入侵时，Cas1和Cas2编码的蛋白将扫描这段外源DNA，并识别出PAM区域，然后将临近PAM的DNA序列作为候选的原间隔序列。
随后，Cas1/2蛋白复合物将原间隔序列从外源DNA中剪切下来，并在其他酶的协助下将原间隔序列插入临近CRISPR序列前导区的下游。不同的Cas9的识别能力不同。
目前，最常用的实验Cas9是从化脓性链球菌中分离而来，称为spCas9，其在具有32亿个碱基对的人基因组中，大约仅能正确识别其中的1/16序列。这就是CRISPR-Cas9技术的真正局限性。 Liu及其研究团队对spCas9稍加改动，迫使spCas9在实验室中迅速扩增，积累突变，再识别各种PAM序列并对临近的DNA进行切割。他们最终获得了xCas9，其可更广泛地识别不同的PAM，从而使得Cas9的识别能力增加了至少4倍。
研究人员对该酶进行了测试，并将其与碱基编辑器组合，他们发现，改变后的xCas9的不仅提高了CRISPR-Cas9的效用，而且切割能力未受影响，甚至降低了脱靶风险，成功实现了双赢。



连续进化的Cas9具有更宽的PAM兼容性




演变后的xCas9在人细胞中的转录激活和基因组DNA切割 另一方面，加利福尼亚大学圣地亚哥分校的生物工程师Prashant Mali说，同样的方法可以用来改变Cas9酶的其他变体，包括一些有希望用于基因治疗的相对较小的Cas9蛋白质。他说，那些蛋白质往往具有更为严格的限制性PAM序列，若能成功应用这项技术，对基因治疗将是莫大福音！ 加利福尼亚斯坦福大学的合成生物学家 Stanley Qi 称这项工作“令人眼花缭乱”，并表示他的团队渴望在实验中应用此项成果。xCas9具有更广泛的PAM识别和更高的特异性，这足够令科学家们兴奋，但是，在彻底挖掘出这项技术的潜力前，仍需要进行更多的测试。

参考文献：1.Powerful enzyme could make CRISPR gene-editing more versatile2.Evolved Cas9 variants with broad PAM compatibility and high DNA specificity