美国麻省理工学院的科学家们对目前最热门的基因编辑系统CRISPR/Cas9进行了改造，这一成果近期发表在《自然》（Nature）杂志上。现在，人们可以用这一技术在活细胞中有效启动任何基因。

CRISPR系统可以让科学家们更简便地研究不同基因的功能，领导这项研究的CRISPR技术先驱张锋（Feng Zhang）说。改造后的CRISPR技术，可以快速对整个基因组进行功能筛选，帮助人们鉴定涉及特定疾病的基因。张锋等人在这项研究中就鉴定了让黑色素瘤细胞抵抗癌症药物的几个基因。

CRISPR的新功能

CRISPR原本是细菌抵御病毒感染的免疫体系。之前人们利用这个系统建立了基因编辑复合体，这个复合体包括Cas9酶和引导RNA。引导RNA结合到基因组的特定序列，告诉Cas9在哪里进行剪切。

近两年来，Cas9工具被广泛用于关闭或替换基因，而张锋等人这次成功将它改造来启动基因。之前也有人尝试过用CRISPR系统启动基因。他们失活了Cas9的剪切活性，并将Cas9连上活化结构域，这些结构域能够招募转录机器，启动转录过程。然而这些努力并不能持续启动基因转录。

张锋等人之前曾经获得了Cas9结合引导RNA和目标DNA时的结构，他们决定在此基础上对CRISPR-Cas9进行改造。“知道了它的3D形态，我们就能合理的改善这个系统，”张锋说。

人们过去是将活化结构域连接在Cas9的末端，但效果并不理想。MIT这个团队意识到，RNA从Cas9复合体伸出的两个小环是更好的连接位点，这样活化结构域在招募转录机器时就更加灵活。他们用改造后的CRISPR系统成功激活了十个基因。这些基因的转录都得到了两倍以上的增涨，许多基因的活性甚至有了几个数量级的增加。

全基因组转录激活

随后，研究人员建立了70290个引导RNA的文库，来靶标人类基因组超过两万个基因。他们由此鉴定了让黑色素瘤抵抗药物PLX-4720的基因。PLX-4720对于携带BRAF突变的患者疗效比较好，残存下来的癌细胞会长成新的肿瘤，导致癌症复发。

研究人员将CRISPR元件引入大量体外培养的黑色素瘤细胞，不同细胞对应靶标不同基因的引导RNA。然后他们用PLX-4720处理这些细胞，由此鉴定帮助癌细胞生存的基因。事实上他们也的确发现了几个新的抗性基因。这样的研究可以帮助人们开发新的癌症药物，阻止肿瘤获得抗性。

下一步张锋实验室计划继续进行筛选，寻找那些激活时能校正自闭症或神经退行性疾病（比如阿尔茨海默症）的基因。

2013年《科学》杂志评选的10大科学突破之一：麻省理工学院华人科学家张锋等人率先研发的基因编辑技术CRISPR引发2013年的科研大爆发，这一技术以一种叫做Cas9的蛋白质为基础。2013年有超过12支的研究团队应用该技术对小鼠、大鼠、细菌、酵母、斑马鱼、线虫、果蝇、植物和人体细胞的特定基因进行操控，为人们了解这些基因如何发挥作用以及如何促进人体健康铺平道路。

《自然》杂志评选出的2013年度10大科学人物，张锋位居榜首。CRISPR-Cas系统是目前最先进的基因编辑工具，但是其具有脱靶效应。32岁的张锋是麻省理工学院脑与认知科学系助理教授，他所领导的研究团队找到了影响CRISPR-Cas系统精确度的关键因素，对脱靶效应进行了系统和全面地分析，并且提出了减弱甚至消除脱靶效应的几种方法，将使该系统在人类细胞中的应用更精准、更安全。2013年1月该团队首次对 CRISPR-Cas系统进行阐述后，来自世界各地超过2000个实验室已经开始使用该系统建立转基因细胞系或者转基因动物。最新研究结果表明，增长RNA链可以提高RNA的结合效率。所以张锋和他的同事们对RNA片段的结构进行了优化。张锋认为经过优化的RNA片段包含稳定的发卡结构，能够更有效的引导Cas9发挥作用。张锋团队下一步的研究计划是，进一步提高CRISPR-Cas系统的特异性，并建立用来研究大脑神经回路的细胞系和动物。通过破坏参与大脑神经回路形成和发育的基因，探究其是如何发挥作用以及在神经系统疾病中是如何受损的。2013年11月，张锋与其他4位 CRISPR 技术先驱合作创办了爱迪塔斯医药公司，该公司旨在利用 CRISPR 基因编辑技术开发出直接更改致病基因的疗法。