近年來(lái)，隨著(zhù)生物技術(shù)突破性的變革及科學(xué)家們不斷的努力，新的基因編輯技術(shù)不斷涌現出來(lái)，推基因編輯，繼ZFN，TALENs基因編輯技術(shù)的推出，又出現了當下最熱門(mén)最新型的CRISPR/Cas9基因編輯系統。

　　然而在基因編輯領(lǐng)域內提到基因編輯達人張峰，相信大家并不陌生，作為近兩年大熱門(mén)的CRISPR技術(shù)先鋒人物之一，張鋒博士如今已日漸成為了科學(xué)界冉冉升起的一顆最閃亮的新星。本文中生物谷小編盤(pán)點(diǎn)了張鋒博士CRISPR基因編輯系統及CRISPR/Cas9最新的亮點(diǎn)研究成果。

　　1、張鋒Science重大突破：攻克CRISPR-Cas9基因組編輯的主要障礙

　　來(lái)自麻省理工學(xué)院-哈佛醫學(xué)院Broad研究所和麻省理工學(xué)院McGovern腦研究所的研究人員，設計改造了革命性的CRISPR-Cas9基因編輯系統，大大減少了“脫靶”編輯錯誤。這一完善的技術(shù)解決了使用基因組編輯時(shí)面對的一個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題。

　　CRISPR-Cas9系統是通過(guò)對細胞的DNA進(jìn)行精確地靶向修飾來(lái)發(fā)揮作用。借助于與靶位點(diǎn)序列相匹配的一段短RNA分子，Cas9蛋白可改變指定位點(diǎn)的DNA。盡管Cas9能夠高度有效地切割它的靶位點(diǎn)，這一系統有一個(gè)主要的缺點(diǎn)：就是一旦進(jìn)入到細胞中，它可以結合并切割額外的非目標位點(diǎn)。這有可能會(huì )造成意外的編輯，完全改變基因表達或是敲除掉某一基因，導致癌癥形成或其他的問(wèn)題出現。

　　在發(fā)表于《科學(xué)》(science)雜志上的一篇新研究論文中，張鋒（FengZhang）和同事們報告稱(chēng)，在構成化膿性鏈球菌Cas9酶的約1，400個(gè)氨基酸中，他們通過(guò)改變3個(gè)氨基酸將“脫靶編輯”顯著(zhù)減少至無(wú)法檢測到的水平。

　　2、基因黑客張鋒！《紐約客》萬(wàn)字長(cháng)文講述CRISPR背后的隱秘江湖

　　《紐約客》長(cháng)文記錄了強大的基因編輯工具CRISPR，并講述了華人生物學(xué)家張鋒，以及基因編輯技術(shù)的歷史、科學(xué)、專(zhuān)利爭議和倫理紛爭等不為人知的故事。非常值得一讀。

　　34歲的張鋒是哈佛-麻省理工布羅德研究所（BroadInstituteofHarvardandM.I.T）最年輕的核心成員，也是成就最大的人之一。1999年，張鋒還在得梅因市上高中時(shí)，就已經(jīng)找到了一個(gè)能夠防止逆轉錄病毒（如HIV）感染人體的結構蛋白。這個(gè)蛋白讓他贏(yíng)得了英特爾科學(xué)獎（IntelScienceTalentSearch）的三等獎，并獲得5.5萬(wàn)美金的獎勵。他用這筆錢(qián)作為學(xué)費，完成了哈佛大學(xué)的學(xué)業(yè)。在哈佛，他學(xué)習了化學(xué)和物理學(xué)。2009年，他從斯坦福大學(xué)獲得博士學(xué)位時(shí)，已經(jīng)轉換了方向，幫助創(chuàng )立了光遺傳學(xué)（機器之心曾編譯過(guò)《紐約客》對光遺傳學(xué)的萬(wàn)字介紹，其中也有相當篇幅提到張鋒的工作），這是一個(gè)強大的新學(xué)科，允許科學(xué)家用光來(lái)研究單個(gè)神經(jīng)元的行為。

　　3、Cell：張鋒團隊基因編輯技術(shù)研究新突破

　　過(guò)去3年，CRISPR基因編輯技術(shù)成為生命科學(xué)領(lǐng)域的最熱門(mén)研究，因為利用這種簡(jiǎn)單的手段，科學(xué)家可以方便地對感興趣的基因進(jìn)行編輯，使基因編輯從過(guò)去高大上的尖端技術(shù)變成科學(xué)家的常用武器，也給人類(lèi)基因疾病的治療帶來(lái)希望。利用這種技術(shù)，科學(xué)家已經(jīng)先后成功對多種細胞，包括人類(lèi)胚胎細胞進(jìn)行了基因編輯。由于這種技術(shù)的簡(jiǎn)單方便，一些業(yè)余的生命科學(xué)研究愛(ài)好者都開(kāi)始使用這種技術(shù)進(jìn)行基因改造。幾乎所有人都認為，CRISPR基因編輯技術(shù)是最有希望問(wèn)鼎諾貝爾化學(xué)獎的研究。不過(guò)作為一種新技術(shù)，仍然存在一些缺陷和不足，也就是說(shuō)仍然有改進(jìn)的潛力。

　　美國著(zhù)名華裔科學(xué)家MIT張鋒教授團隊是該領(lǐng)域的領(lǐng)先小組之一，最近發(fā)表論文提供了一種更好的CRISPR基因編輯工具，他們根據生物進(jìn)化理論，在細菌蛋白庫中尋找更理想的DNA切割酶，獲得了成功，使該技術(shù)超更簡(jiǎn)單、更便宜、更快、更準等方向上邁進(jìn)一大步。

　　CRISPR是生命進(jìn)化歷史上，細菌和病毒進(jìn)行斗爭產(chǎn)生的免疫武器，簡(jiǎn)單說(shuō)就是病毒能把自己的基因整合到細菌，利用細菌的細胞工具為自己的基因復制服務(wù)，細菌為了將病毒的外來(lái)入侵基因清除，進(jìn)化出CRISPR系統，利用這個(gè)系統，細菌可以不動(dòng)聲色地把病毒基因從自己的染色體上切除，這是細菌特有的免疫系統。

　　4、張鋒Nature發(fā)布CRISPR新成果，開(kāi)辟鐮狀細胞病治療新途徑

　　來(lái)自Dana-Farber/波士頓兒童醫院癌癥及血液疾病中心的研究人員發(fā)現，改變一小段DNA可以避開(kāi)鐮狀細胞?。⊿CD）背后的遺傳缺陷。這一發(fā)布在《自然》（Nature）雜志上的新發(fā)現，為開(kāi)發(fā)出一些基因編輯方法來(lái)治療SCD和諸如地中海貧血等其他的血紅蛋白疾病開(kāi)辟了一條途徑。

　　Dana-Farber/波士頓兒童醫院的StuartOrkin博士、DanielBauer博士，及哈佛-麻省理工Broad研究所的張鋒（FengZhang）博士共同領(lǐng)導了這項研究。

　　這一稱(chēng)作為增強子的DNA片段控制了分子開(kāi)關(guān)BCL11A。這一開(kāi)關(guān)反過(guò)來(lái)決定了紅細胞是生成成人形式的血紅蛋白（hemoglobin，在SCD中血紅蛋白發(fā)生了突變），還是未受影響的、可以對抗鐮狀細胞突變效應的胎兒形式血紅蛋白。其他的一些研究表明，胎兒血紅蛋白升高的鐮狀細胞病患者病情較輕。

　　發(fā)現這一增強子DNA序列中一些自然發(fā)生的有益變異在紅細胞中下調了BCL11A，驅動(dòng)了這項Nature新研究。

　　5、張鋒NatureMedicine綜述：基因編輯技術(shù)最新進(jìn)展

　　人體內已命名的基因共有25000多條，目前已知一部分基因（3000）的突變會(huì )引起各類(lèi)疾病。對于此類(lèi)疾病的治療，最本質(zhì)的手段是通過(guò)一些方法將突變后的遺傳物質(zhì)矯正回原來(lái)的狀態(tài)。這類(lèi)方法被稱(chēng)為遺傳療法（genetictherapies）。目前最廣泛的遺傳療法手段為：1.以病毒載體感染方式引導的源基因導入；2.以RNA干擾方式引導的目的基因表達下調。這些手段在治療嚴重復合型免疫缺陷疾?。⊿CID）以及Wiskott-Aldrich綜合征方面獲得了成功。盡管如此，RNAi技術(shù)在應用的廣泛性上還存在局限。

　　基因編輯技術(shù)（genomeeditingtechnologies）是針對DNA本身進(jìn)行的操作手段。最近應用型基因編輯領(lǐng)域的"鼻祖"，美國麻省理工學(xué)院張鋒教授等人發(fā)表在《NatureMedicine》雜志上的一篇綜述詳細介紹了這些技術(shù)的原理以及在臨床上的應用前景。

　　6、重大突破！張鋒Nature發(fā)文：CRISPR可啟動(dòng)任何基因

　　麻省理工的科學(xué)家們對目前最熱門(mén)的基因編輯系統CRISPR/Cas9進(jìn)行了改造，這一成果發(fā)表在十二月十日的Nature雜志上?，F在，人們可以用這一技術(shù)在活細胞中有效啟動(dòng)任何基因。

　　這個(gè)系統可以讓科學(xué)家們更簡(jiǎn)便地研究不同基因的功能，領(lǐng)導這項研究的CRISPR技術(shù)先驅張鋒（FengZhang）說(shuō)。

　　改造后的CRISPR技術(shù)，可以快速對整個(gè)基因組進(jìn)行功能篩選，幫助人們鑒定涉及特定疾病的基因。張鋒等人在這項研究中就鑒定了讓黑色素瘤細胞抵抗癌癥藥物的幾個(gè)基因。

　　7、張鋒博士Nature子刊再發(fā)CRISPR重要成果

　　規律成簇的間隔短回文重復CRISPR與內切酶Cas9的組合，原本是細菌抵御病毒的重要武器，現在這一組合已經(jīng)成為了一個(gè)通用工具，被用于在真核生物中進(jìn)行位點(diǎn)特異性的基因組編輯。

　　由于這種基因組編輯技術(shù)更易于操作，也具有更強的擴展性，CRISPRs-Cas9迅速成為了科研領(lǐng)域的新寵兒。

　　日前，麻省理工的張鋒（FengZhang）博士領(lǐng)導研究團隊向人們展示了CRISPR-Cas9的新應用。他們用這一技術(shù)在哺乳動(dòng)物大腦中進(jìn)行了基因功能的活體研究，文章發(fā)表在十月十九日的NatureBiotechnology上。

　　張鋒博士是CRISPR/Cas9技術(shù)的先驅之一。他是麻省理工學(xué)院腦與認知科學(xué)助理教授、McGovern腦研究所和Broad研究所核心成員。去年七月，張鋒榮獲了美國生物醫學(xué)大獎：瓦利基金青年研究家獎（ValleeFoundationYoungInvestigatorAward），獎金25萬(wàn)美元。其研究組研究方向為設計新的分子工具來(lái)操控活體大腦。

　　8、TheScientist：聚焦CRISPR研究先鋒張鋒

　　作為近兩年大熱的CRISPR技術(shù)先鋒人物之一，張鋒（FengZhang）博士成為了科學(xué)界冉冉升起的一顆最閃亮的新星。近日，TheScientist以“FengZhang：TheMidasofMethods”為題，向我們介紹了這位出生于80后，年僅32歲的華人科學(xué)家。當張鋒還在愛(ài)荷華州之時(shí)，在放學(xué)之后的每周日這位年輕人都要在人類(lèi)基因治療研究所的一個(gè)實(shí)驗室中度過(guò)5個(gè)小時(shí)。張鋒牢記著(zhù)他的導師提出的一些“瘋狂的想法”，例如綠色熒光蛋白（GFP）能夠吸收紫外光，因此可以作為防曬霜。而當他純化出GFP，將它厚厚地涂在一層DNA之上時(shí)，他發(fā)現事實(shí)上GFP確實(shí)能夠防止DNA損傷。

　　張鋒的研究項目贏(yíng)得了許多科學(xué)競賽大獎的第一名，這些獎金在后來(lái)幫助了他支付在哈佛大學(xué)的學(xué)費。盡管在分子生物學(xué)上取得了很大的成功，但張鋒卻選擇了主修化學(xué)和物理學(xué)。張鋒說(shuō)：“我希望能夠在變化不太迅速的一些科學(xué)領(lǐng)域中打下堅實(shí)的基礎。物理和化學(xué)的一些法則相當固定。而每一天分子生物學(xué)都在不斷地變化。”

　　9、NatMethods：新技術(shù)可大大改善CRISPR/Cas9系統的準確率

　　美國麻省大學(xué)醫學(xué)院的科學(xué)家開(kāi)發(fā)的新型CRISPR/Cas9技術(shù)可以足夠精確地在幾乎任何基因組的位點(diǎn)處對DNA進(jìn)行切割，同時(shí)還可以避免潛在的在標準CRISPR基因編輯技術(shù)中發(fā)現的有害的脫靶性改變，近日，研究者通過(guò)將CRISPR/Cas9系統同可編程的DNA結合結構域（CRISPR/Cas9-pDBD）相結合，開(kāi)發(fā)出了一種附加的校對步驟，其可以有效改善基因編輯系統的精確性，同時(shí)為開(kāi)發(fā)潛在的基因療法提供希望，相關(guān)研究刊登于國際雜志NatureMethods上。

　　研究者ScotWolfe博士表示，標準的CRISPR/Cas9系統善于在體外利用單鏈引導的RNA來(lái)對基因組進(jìn)行切割，理想狀況下這種技術(shù)可以應用于大部分的基因療法中，包括對大量細胞進(jìn)行編輯來(lái)盡可能減小對基因組的附帶損傷；文章中研究人員給CRISPR/Cas9系統中添加了一種額外的校對步驟，通過(guò)將鋅指DNA結合結構域融入到CRISPR/Cas9系統中就可以明顯改善CRISPR/Cas9系統的精確性，大約可以改善大約100倍的精確性。

　　10、雙刃劍——CRISPR-Cas9基因驅動(dòng)技術(shù)

　　如果這種方法起作用，并通過(guò)監管和倫理審批，那么“基因驅動(dòng)”可能是一種清除攜帶瘧疾蚊蟲(chóng)的新方法。

　　這個(gè)想法聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單誘人：通過(guò)在一群動(dòng)物中間迅速散布一種基因，可以阻止其傳播疾病，或者直接殺死如農業(yè)害蟲(chóng)等物種。但美國國家科學(xué)院、工程院和醫學(xué)院（NAS）近日在華盛頓特區主辦的一次研討會(huì )上明確表示，這種概念的核心，即基因驅動(dòng)技術(shù)當前仍然面臨各種科學(xué)和監管上的不確定性。因此，基因驅動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應用依然“任重而道遠”，英國倫敦帝國學(xué)院人類(lèi)遺傳學(xué)家AustinBurt說(shuō)。

　　過(guò)去3年來(lái)，一種叫作CRISPR-Cas9的技術(shù)（可通過(guò)DNA剪切技術(shù)治療多種疾?。┮呀?jīng)使科學(xué)家的精準醫療能力發(fā)生了一次改革，即通過(guò)改變多個(gè)器官的DNA進(jìn)行精準醫療。這種技術(shù)成本低廉、便于操作，并且在幾乎所有物種測試中均有成效，它正在推動(dòng)另一種叫作基因驅動(dòng)的技術(shù)被應用于大量生物體中。

　　11、Science：CRISPR–Cas9技術(shù)或可促進(jìn)豬的器官向人類(lèi)機體中的成功移植

　　此前科學(xué)家們并不敢想象同時(shí)對有機體的基因組進(jìn)行大量的基因編輯，如今刊登在國際雜志Science上的一項研究論文中，來(lái)自哈佛大學(xué)等處的研究人員利用基因編輯系統CRISPR–Cas9對基因工程化的豬在62個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行了遺傳編輯，對這62個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行編輯后就可以鈍化存在于豬基因組中的天然的反轉錄病毒，這些反轉錄病毒抑制著(zhù)豬的器官在人類(lèi)機體中的合適移植。

　　隨著(zhù)通過(guò)基因工程技術(shù)使得反轉錄病毒被安全移除，人類(lèi)有一天或許就可以接受來(lái)自豬體內的器官。文章中研究者提出了一種名為異種移植術(shù)的改變，即將一種物種的器官移植到另外一種物種機體中去，長(cháng)期以來(lái)研究者一直希望，因可用器官有限而導致患者機體器官衰竭的障礙可以通過(guò)合適的供體動(dòng)物來(lái)解決，而豬則可以作為一種潛在的候選者來(lái)幫助提供適合人類(lèi)的器官，實(shí)際上豬的心臟瓣膜已經(jīng)可以用來(lái)修復或移除人類(lèi)機體受損的心臟瓣膜了。

　　12、Nature：CRISPR/Cas9技術(shù)讓豬提供人的器官

　　幾十年來(lái)，科學(xué)家與醫生們都夢(mèng)想有一天能夠利用豬培育穩定的人體置換器官的來(lái)源。然而人體免疫系統對外源器官的天然排斥以及豬體內的病毒對病毒對器官的侵害都成為阻撓這一試驗成功的因素。如今，科學(xué)家已經(jīng)可以成功在豬胚胎中改造60幾種不同的基因，從而使得他們堅信不遠的將來(lái)可以培育出穩定的人類(lèi)器官供體小豬。

　　該工作于10月5教授宣稱(chēng)他們利用CRISPR/Cas9技術(shù)已經(jīng)成功地將小豬胚胎中原有的62種病毒滅活。這些病毒原本根植于豬基因組中，不能通過(guò)治療或中和的方法清除，而且它們被認為是器官移植引發(fā)疾病的主要原因。

　　Church研究組同時(shí)也在另外一組小豬胚胎中改造了20種基因，包括編碼引發(fā)人體免疫排斥，或引發(fā)血液凝固的相關(guān)受體基因。由于文章尚未發(fā)表，因此Church沒(méi)有透露具體基因的名稱(chēng)。最終，他們希望通過(guò)兩類(lèi)修飾的結合達到成功培育器官供體小豬的目的。

　　13、CellStemCell：利用CRISPR/CAS9對人類(lèi)干細胞系進(jìn)行可誘導基因敲除

　　近日，來(lái)自美國威斯康星大學(xué)的華人科學(xué)家Su-ChunZhang在國際學(xué)術(shù)期刊CellStemCell發(fā)表了一項最新研究進(jìn)展，他們利用CRISPR/CAS9技術(shù)實(shí)現了對人類(lèi)干細胞系進(jìn)行可誘導基因敲除，這一方法的成功對于研究基因在干細胞及分化不同階段中的作用具有重要推動(dòng)作用。

　　對基因表達進(jìn)行精確的時(shí)間調控對于闡明一個(gè)基因在生物學(xué)系統中的功能至關(guān)重要，但到目前為止，在人類(lèi)多能干細胞中實(shí)現可誘導基因敲除，建立可誘導基因敲除的人類(lèi)干細胞系仍存在很大挑戰。

　　在該項研究中，研究人員結合CRISPR/CAS9介導的基因組編輯和Flp/FRT以及Cre/LoxP系統成功實(shí)現建立了可誘導基因敲除的人類(lèi)多能干細胞系。研究人員發(fā)現dual-sgRNA的靶向作用對于將FRT序列進(jìn)行精確的雙等位基因敲入非常重要。除此之外，他們還開(kāi)發(fā)了出一種新的策略將一個(gè)可調控活性的重組酶表達體系同時(shí)導入細胞，移除了藥物抗性基因，利用這種方法可以加快iKOhPSC細胞系的獲得速度。

　　14、NatMethods：科學(xué)家首次證實(shí)CRISPR-Cas9對人類(lèi)細胞靶向效應的準確性

　　近日，一篇發(fā)表在國際雜志NatureMethods上的研究論文中，來(lái)自首爾大學(xué)的研究人員通過(guò)研究證實(shí)了CRISPR-Cas9的確對人類(lèi)細胞具有準確的靶向效應。

　　近些年來(lái)CRISPR-Cas9系統成為了一大熱門(mén)研究，很多科學(xué)家利用CRISPR-Cas9作為一種工具來(lái)開(kāi)發(fā)抗癌細胞療法或者去修飾導致干細胞和體細胞發(fā)生遺傳的遺傳缺陷。然而并沒(méi)有可靠敏感的方法來(lái)測定全基因組中CRISPR-Cas9的準確性，因此應用CRISPR-Cas9的安全性目前還是一個(gè)問(wèn)題。當然研究者也表示這很難消除CRISPR-Cas9誘導脫靶序列產(chǎn)生突變的可能性，而脫靶序列往往和靶向作用的序列具有一定的相似性，在腫瘤抑制基因中脫靶序列常常會(huì )引發(fā)癌癥。