Cell：CRISPR“关闭开关”如何起作用

对于许多细菌来说，一线防御病毒感染的是一个RNA引导的“免疫系统”——CRISPR-Cas。该系统识别病毒DNA并触发破坏作用。然而，病毒可以用“anti-CRISPR”蛋白质反击和禁用此系统，直到现在人们才知道这些anti-CRISPR蛋白是如何工作的。

由Scripps研究所的生物学家Gabriel C. Lander领导的研究小组第一次解决了病毒的anti-CRISPR蛋白和细菌的CRISPR复合物结合的结构，准确地揭示了病毒如何让细菌防御系统失效。相关文章在3月23日的Cell上发表。研究人员发现anti-CRISPR蛋白质通过锁定CRISPR识别和攻击病毒基因组的能力。一种anti-CRISPR蛋白甚至“模仿”DNA来让CRISPR复合物关闭。

Lander说：“虽然CRISPR-Cas9是著名的CRISPR系统，但有19种不同类型的CRISPR系统，每一个都可能有遗传工程上的独特优势。它们是一个庞大的，未开发的资源。我们越了解这些系统的结构，我们就越能利用它们作为基因编辑的工具。”

三点揭示anti-CRISPR如何起作用

使用被称为冷冻电子显微镜的高分辨率成像技术，研究人员发现了CRISPR和anti-CRISPR的三个重要的方面：

首先，研究人员发现CRISPR复合物如何分析病毒的遗传物质来发现它们应该攻击哪里。复合物中包裹CRISPR RNA的蛋白像张开的手，向细菌RNA的特定部分打开。这些部分的RNA扫描病毒DNA，寻找它们识别的基因序列。这个系统可以快速读取大量DNA并准确集中目标，如果CRISPR复合物识别病毒的DNA目标，就会招募其它分子破坏病毒的基因组。

接下来，研究人员分析了病毒anti-CRISPR蛋白如何让CRISPR系统无法工作。他们发现，一种anti-CRISPR蛋白掩盖了CRISPR RNA裸露部分，从而防止CRISPR系统扫描病毒DNA。这些anti-CRISPR蛋白阻止细菌识别病毒的DNA，它们能靶向CRISPR复合物的关键部分。如果细菌要实现避免病毒攻击而变异，CRISPR系统会停止运转。科学家们认为如果识别DNA的机制没有完全改变的话，CRISPR系统无法逃避这些anti-CRISPR蛋白。

另一个anti-CRISPR蛋白则使用不同的技巧。基于其位置和负电荷，研究人员认为这个anti-CRISPR蛋白模仿DNA，让CRISPR复合物这个蛋白质结合，而不是和入侵的病毒DNA结合。

研究人员认为这些发现非常重要，以前他们只是知道的有anti-CRISPR蛋白会阻断细菌的防御，但还不知道它们是如何工作的。他们相信对这种anti-CRISPR蛋白的最新了解可能将导致更复杂和更有效的工具。也许anti-CRISPR蛋白可用于CRISPR系统阻断基因编辑或者降解anti-CRISPR蛋白触发基因编辑。

CRISPR“关闭开关”的发现

2016年12月8日，发表在Cell杂志上题为“NaturallyOccurring Off-Switches for CRISPR-Cas9”的一项研究中，来自多伦多大学和马萨诸塞大学的科学家们首次发现了CRISPR/Cas9的“关闭开关”（off-switches）。这一成果有望更好地控制这一技术的应用，帮助开发基于CRISPR的人类疾病治疗方案。

2016年12月29日，发表在Cell杂志上题为“Inhibitionof CRISPR-Cas9 with Bacteriophage Proteins”的研究中，来自加州大学旧金山分校（UCSF）的科学家们找到了在细菌和人类细胞中能都能够阻止CRISPR系统基因编辑活性的抑制剂。科学家们发现的这两个“关闭开关”为 AcrIIA2和AcrIIA4，通过阻碍Cas9酶的活性发挥抑制作用。