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CRISPR，全名“常間迴文重複序列叢集”（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)，常被我們稱為基因魔剪。這種科學家通過在細菌的免疫系統裡發現的可以在其他生物體內編輯基因的工具，無疑是一種革命性的技術，它大大提高了以往需要長年累月才能完成的基因編輯工作的效率。
近年來，以CRISPR為基礎的基因篩選已成功幫助科學家們識別出了在鐮狀細胞性貧血、癌症免疫治療、肺癌轉移和許多其他疾病中起到關鍵作用的基因。
然而，這些基因篩選的範圍是有限的，它們只能編輯、靶向DNA。這就會帶來許多限制，因為對人類基因組的許多區域來說，以DNA為靶點可能並不能奏效；而對於一些其他生物，比如冠狀病毒、流感病毒等RNA病毒來說，現有的靶向DNA的CRISPR技術也不能起到任何作用。
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3月16日，《自然-生物技術》雜誌刊登了一篇重要論文，來自紐約基因組中心和紐約大學的Neville Sanjana團隊報告了一種新的、可以靶向RNA的CRISPR篩選技術。在論文中，研究人員介紹了一種名為Cas13的酶可以被用於靶向RNA（而非DNA）的CRISPR篩選技術。
○ Cas13酶沿著RNA傳播。| 圖片來源：Christian Stolte
Cas13是VI型CRISPR酶，這是一類近年才被發現的具有核酸酶活性的RNA靶向蛋白，它們能在不改變基因組的情況下，將靶基因敲除。這種特性使Cas13有望成為一種有效的治療手段，可以在不永久性地改變基因組序列的情況下，影響基因表達。
利用Cas13，研究人員得到了一個被優化過的、可在RNA水平上對人類細胞進行大規模並行基因篩選的平臺。利用這個基因篩選平臺，研究人員可以從各個方面瞭解RNA調控，以及用於鑑定非編碼RNA（不能編碼蛋白質的RNA分子）的功能。
他們通過靶向人類RNA轉錄本中的數千個不同位點，發展出了一種基於機器學習的預測模型，這種模型可以快速地識別出最有效的Cas13指導RNA（gRNA）。
gRNA是一種在可以RNA編輯過程中提供核苷酸的插入或刪除信息的小型非編碼RNA。對於CRISPR技術來說，使用合適的Cas蛋白和設計出正確的gRNA是CRISPR基因篩選成功的關鍵。有了這項新的技術，研究人員就可以通過一個交互網站和一個開源工具箱，來預測自定義RNA靶點的gRNA效率，併為所有的人類蛋白編碼基因提供預先設計的gRNA。
在這項研究中，論文的共同第一作者Hans-Hermann Wessels和Alejandro Mendez-Mancilla發展出了一套新的基於Cas13的工具，收集了超過24000個gRNA的信息。在這個過程中，發現了一些或許能擴大RNA靶向Cas13酶的應用的生物學發現。
○ Hans-Hermann Wessels（左）、Alejandro Mendez-Mancilla（中），Neville Sanjana（右）。| 圖片來源：紐約基因組中心
例如，其中一項發現就是關於在識別靶RNA時，gRNA的哪些區域更加重要。他們使用了數千個含有1個、2個、3個單鹼基與靶RNA的鹼基不匹配的gRNA，識別出了一個關鍵的“種子”區域，這個區域對CRISPR的指導與靶點之間的不匹配異常敏感。這對gRNA的設計來說是非常有用的發現。
由於一個典型的人類細胞大約可以表達100000個RNA，因此，準確定位Cas13的預定靶點對於篩選和治療應用來說至關重要。“種子”區域不僅進一步加深了我們對Cas13脫靶的理解，它還可被用於研究下一代生物傳感器，做到更精確地區分近親RNA物種。
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最近，研究人員還將他們的gRNA預測模型利用到了正在肆虐的冠狀病毒
Sars-CoV-2上，我們知道COVID-19正是由這種含有RNA而非DNA基因組的冠狀病毒所引起的。研究人員表示，利用從這個新的模型，他們已經確定了可用於未來的檢測和治療的最佳gRNA。總體而言，新的研究將Cas13中的哺乳動物細胞的數據點增加了兩個數量級以上，這對推進基因組學和精準醫療具有極為重大的意義。
https://phys.org/news/2020-03-kind-crispr-technology-rna-viruses.html
https://doi.org/10.1038/s41587-020-0456-9
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