“向导”和“剪刀”

基因组编辑大受瞩目，正是在CRISPR‐Cas 9这一技术开发成功之后。该技术的特征在于，能以极其简单的方式对基因进行精准操作。

CRISPR‐Cas 9是由两大要素构成的：其一是以RNA（Ribonudeic Acid，核糖核酸）形式存在的被称作“向导RNA”的部分；其二是被称作Cas 9的用于切断DNA的酶。

向导RNA，顾名思义，承担的是向导的工作，它能找出需要作为靶点进行切断的是DNA的哪一部分。向导RNA巧妙地利用了RNA的功能——RNA和DNA一样都属于核酸，但却具有不同的功能。DNA主要存在于细胞核内，用于保存信息；RNA则承担了对这些情报进行转运，也就是誊写的工作。因此，RNA能够以互补的方式与DNA序列相结合。

RNA由四种碱基：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）排列而成。每种碱基都能与DNA上相应的碱基相结合。DNA的腺嘌呤（A）对应RNA的尿嘧啶（U）；DNA的鸟嘌呤（G）对应RNA的胞嘧啶（C）。如此确认结合对象的原则称作“互补配对”。比如，RNA引入了腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、尿嘧啶（U）的序列，则它将与序列为胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）、腺嘌呤（A）的DNA相结合。

■RNA转运的原理

CRISPR‐Cas 9正是利用了RNA的这一特性。用图书馆数据库的检索功能来打个比方：我们想要阅读某本书，但在庞大的图书馆里，不知道这本书存放在哪个书架上，于是我们就要使用数据库的关键词检索功能，输入想读的书的标题进行检索，在书海中找到与标题相一致的书的存放位置。

RNA的使用方法与之类似。书的标题相当于由20个碱基排成的序列，我们需要从DNA中找到与该序列互补一致的排序。人类的基因组是由约30亿对碱基排列而成的，每个细胞中都包含着具有30亿对碱基的DNA，所以，需要从中找到与由20个碱基组成的“标题”完全匹配的DNA序列。用“找到”这个词，或许会让人感到奇妙，我们可以想象成碱基相互之间会朝着完全匹配的结合位点移动。虽然相似的序列之间同样存在吸引力，但只要存在吻合度更高的其他位置，碱基就会朝该方向移动，最终必然能找到完全匹配的位点。

向导RNA会与用来切断DNA双链的Cas 9内切酶形成一个复合体。该复合体被送入想要进行基因操作的细胞内部，找到目标DNA序列，然后由Cas 9执行对DNA的切断。

■CRISPR‐Cas 9原理

细胞之中的DNA具有在被切断后进行修复的功能。如果任由其修复成和原序列相同的序列，则CRISPR‐Cas 9会再次发生作用，重复进行切断。因此，必须在反复的“切断—修复”过程中，诱导其发生“修复失误”，令原序列中的碱基发生变化。一旦发生变化，CRISPR‐Cas 9就会停止切断，而发生过“修复失误”的序列则无法再发挥原本的功能。如此一来，就实现了对目标基因的点对点精确破坏（基因敲除）。

利用这项技术，我们还可以朝瞄准的位点插入新的基因。只要把想导入的新DNA片段与CRISPR‐Cas 9一起传递到细胞内，在基因尝试修复被切断位点的过程中，该DNA片段就会被捕获。把基因切断，然后连接上别的基因，如此这般，就实现了“编辑”。

如今，RNA属于非常容易制备的材料。第一代和第二代的基因组编辑都是使用蛋白质作为向导的。而第三代CRISPR‐Cas 9则抛弃了蛋白质，只需要准备RNA和Cas 9就足够了，因此操作过程与以往相比，简单了许多。正是这份简单，成为CRISPR‐Cas 9获得迅速普及的原因。