瞄得更准，冠状病毒也不放过！科学家开发新型CRISPR技术的优化方案

▎药明康德内容团队编辑

新型冠状病毒（SARS-CoV-2）疫情暴发以来，世界各地的科学家们全力以赴与病毒赛跑，开发检测方法、特效疗法和疫苗，尽快识别狡诈的病毒并与之反抗。

今天，在《自然》旗下的学术期刊Nature Biotechnology上，科学家们对一种新型CRISPR技术做出优化，有助于快速准确地设计出高效的向导RNA，而向导RNA是CRISPR系统发挥作用极为重要的组成部门。

由于这套CRISPR-Cas系统所用的酶靶向RNA分子，意味着它们可以有效针对以RNA为遗传物质的病毒，包罗新冠病毒。针对纽约分散出的SARS-CoV-2病毒株，纽约基因组中心（New York Genome Center）和纽约大学（NYU）的研究人员在网站上宣布了他们预测的最佳向导RNA，可以提供应检测和治疗等应用。

在疫情暴发后不久，学术经纬就和读者朋侪们先容过一项基于CRISPR技术开发的快速检测新冠病毒的方法。由基因编辑领域的先驱张锋教授领衔，科研人员用到了一种叫Cas13的酶。与经典的靶向DNA的CRISPR酶差别，Cas13在被激活后，专门针对RNA分子举行切割。而与Cas酶相联合的向导RNA，如果是凭据新冠病毒的RNA序列专门设计的，那么Cas13就会在向导RNA与病毒RNA配对后被激活。

可以说， CRISPR-Cas系统要在茫茫核酸分子中找对目的完成任务，向导RNA的设计至关重要。举例来讲，向导RNA没能与病毒RNA完美匹配，会导致Cas酶发挥不出实力；或者与目的外的RNA错误配对，可能误伤其他分子。

▲Cas13靶向RNA分子（图片泉源：参考资料[2]，Credit: New York Genome Center）

除了检测病毒，靶向RNA的CRISPR系统另有许多重要的应用场景。好比，一些Cas13效应卵白可以靶向动物细胞内转录发生的信使RNA，在不改变基因组的同时，调治特定基因（好比突变的致病基因）的功效，到达治疗疾病的目的。

“我们认为，靶向RNA的Cas13将会对分子生物学和医学应用发生重要影响，然而对于如何设计靶向效率高的向导RNA已往所知甚少。” Sanjana教授说道，“我们希望通过深入系统的研究来改变这一现状，为设计最有效的向导RNA开发关键性原则和预测模型。”

▲这项研究三位主要作者Hans-Hermann Wessels博士、Alejandro Méndez-Mancilla博士和Neville Sanjana教授（图片泉源：New York Genome Center）

为了提高CRISPR系统靶向RNA的效率，在这项研究中，纽约大学的Neville Sanjana教授与同事们设计了一个平台，用大规模并行筛选系统，快速识别什么样的向导RNA能够让Cas13b酶调治基因表达。他们在论文中展示了如何使用筛选出的分子靶向人类细胞中的差别RNA 。

研究人员总共测试了快要2.5万条向导RNA的活性。它们有些与目的序列完美匹配，有些有差别水平的错配。比力的效果让科学家们找出，向导RNA中哪些区域、甚至哪几个位点的核酸序列对于正确识别目的是最为敏感的。有了这些信息，科学家们在设计向导RNA时可以只管制止发生意外脱靶。

针对人类转录RNA中数千个差别的位点，研究人员基于机械学习开发了一套模型，预测设计的向导RNA效率有多高。而其他研究人员可以通过一个互动网站和开源工具箱来使用这个模型。网站地址：https://cas13design.nygenome.org

特别值得一提的是，凭据纽约基因组中心的新闻，研究小组最近使用这套预测模型做了一项重要的分析。凭据网上宣布的一株新冠病毒的基因序列，他们预测了靶向新冠病毒RNA的向导RNA分子，效果已在网上宣布：http://bit.ly/coronavirus-guides。

许多人担忧RNA病毒具有变异快的特点，因此更快更准确地设计出匹配度最佳的向导RNA，相信可以为CRISPR系统应用于病原体诊断提供资助。