日前，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校Jennifer Doudna作為通訊作者之一在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）雜志發(fā)表一項(xiàng)最新研究：CasX是細(xì)菌和人類細(xì)胞中一種有效的基因編輯器。這是時(shí)隔7年之后，Doudna再次開(kāi)發(fā)出新型基因編輯工具，或可和此前的Cas9形成有力競(jìng)爭(zhēng)。

2012年6月， Doudna率先拉開(kāi)第三代基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9的大幕，但在隨后的專利競(jìng)爭(zhēng)中，一度被麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的博德研究所（Broad Institute）張鋒團(tuán)隊(duì)占盡優(yōu)勢(shì)。

CasX由Doudna和加州大學(xué)伯克利分校另一名科學(xué)家Jill Banfield兩年前在一些世界上最小的細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)，這種蛋白質(zhì)與Cas9類似，但比Cas9小得多：如果你想把基因編輯器植入細(xì)胞，這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。

所謂的CRISPR本身是一種防御系統(tǒng)，用以保護(hù)細(xì)菌和古細(xì)菌細(xì)胞不受病毒的侵害。這些生物基因組中的CRISPR位點(diǎn)能表達(dá)與入侵病毒基因組序列相匹配的小分子RNA，當(dāng)細(xì)菌等感染了病毒，CRISPR RNA就能通過(guò)互補(bǔ)序列結(jié)合病毒基因組，并表達(dá)CRISPR相關(guān)酶，也就是Cas，這些核酸內(nèi)切酶能切割病毒DNA，從而瓦解病毒攻擊。

科學(xué)家將這套系統(tǒng)搬用到非細(xì)菌細(xì)胞中，實(shí)現(xiàn)對(duì)DNA核苷酸序列進(jìn)行刪除、插入等精確的編輯操作。目前，CRISPR系統(tǒng)中兩類效應(yīng)蛋白家族Cas9和Cas12a（又稱為Cpf1）已被成功改造成哺乳動(dòng)物及其它模式生物的基因組編輯工具。2018年12月、今年1月，中科院動(dòng)物研究所李偉等人、張鋒及其同事分別在Cell Discovery雜志、Nature communications發(fā)表了名為Cas12b的第三個(gè)CRISPR基因編輯系統(tǒng)。

尤其是最早開(kāi)發(fā)的Cas9，目前已經(jīng)證明自己是一個(gè)強(qiáng)大的基因編輯器，被廣泛應(yīng)用于人類、植物、動(dòng)物和細(xì)菌中，能夠快速準(zhǔn)確地剪切和拼接DNA，為治療疾病開(kāi)辟新途徑。

Doudna率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)此番開(kāi)發(fā)出的CasX證明了在原生細(xì)菌之外也能發(fā)揮作用。其設(shè)計(jì)類似于Cas9和 “表親”Cas12，但不同之處在于，它似乎是獨(dú)立于其他Cas蛋白在細(xì)菌中進(jìn)化而來(lái)的。它可以像Cas9一樣切割雙鏈DNA，可以結(jié)合DNA調(diào)節(jié)基因，也可以像其他Cas蛋白一樣靶向特定的DNA序列。

此外，由于它來(lái)自于人類不存在的細(xì)菌，Banfield從地下水和沉積物中發(fā)現(xiàn)的微生物數(shù)據(jù)庫(kù)中提取了它們，人類免疫系統(tǒng)應(yīng)該比Cas9更容易接受它。一些醫(yī)生一直在擔(dān)心，在使用CRISPR治療的患者中，Cas9可能會(huì)產(chǎn)生免疫反應(yīng)。

“基因組編輯工具的免疫原性、傳遞性和特異性都至關(guān)重要?！闭撐牡淖髡咧籅enjamin Oakes在加州大學(xué)伯克利分校官網(wǎng)的一篇新聞稿中如此表示。Oakes曾在加州大學(xué)伯克利分校攻讀研究生，目前是創(chuàng)新基因組研究所（innovation Genomics Institute）的創(chuàng)業(yè)研究員， “我們對(duì)CasX在所有這些領(lǐng)域的表現(xiàn)感到興奮?！?/p>

論文第一作者Jun-Jie Liu和Natalia Orlova使用冷凍電鏡捕捉到了CasX蛋白在編輯基因過(guò)程中的快照?qǐng)D像，基于這種蛋白質(zhì)獨(dú)特的分子組成和形狀，研究人員得出結(jié)論，CasX的進(jìn)化獨(dú)立于Cas9，沒(méi)有共同的祖先。

“首先值得注意的是，這些高度特異性的結(jié)構(gòu)域是如何發(fā)揮類似于他們?cè)谄渌鸕NA引導(dǎo)的DNA結(jié)合蛋白中所觀察到的作用。CasX的最小尺寸有助于清楚地展示其在自然界中使用的基本配方?！監(jiān)akes說(shuō)，“了解這個(gè)配方將幫助我們更好地進(jìn)化和設(shè)計(jì)基因組編輯工具，以達(dá)到我們的目的，而不是自然的目的?！?/p>

Doudna最后表示，“我們不僅僅在尋找下一對(duì)分子剪刀，我們想制造下一把瑞士軍刀?！?/p>