喜迎新春之际，《自然》在线刊发来自加州大学伯克利分校 Jennifer Doudna 教授的重磅研究结果。这位基因编辑领域的领军人物报告了一种能调控人类基因组的新系统 CRISPR CasX，其编辑功能与先前已描述的 Cas9、Cas12a 系统都不相同。这为 CRISPR 工具箱再添一员。
基因组编辑工具 CRISPR Cas 系统在 Cas 核酸酶家族成员的帮助下切割 DNA，其中 Cas9 与 Cas12a 为这项技术奠定了基础。但研究人员也在寻找其它的 Cas 酶。就在上个月，我们刚刚报道过张锋教授带来的一款 CRISPR-Cas 基因组编辑新工具 Cas12b。这么快，又迎来一位新成员！
时间稍稍退回到 2016 年 12 月，同样在 Nature 上，Doudna 教授的研究团队报告了他们新发现的 CRISPR-Cas 核酸酶，并暂命名为 CasX。这一新系统来历非凡。因为，目前所用最广泛的 Cas9 来源于可以人工培养的细菌，而 CasX 却是从自然界中 不可培养 的微生物中找到的。
Doudna 教授与同事利用宏基因组方式分析了来自各种环境的样本，在未经培养的地下水微生物中分离得到 CasX 和 CasY 两种新系统。那么，CRISPR-CasX 是否能真正变成有效的基因编辑工具呢？时隔两年，Doudna 教授给出了令人惊喜的肯定答案。
▲领导此项工作的是基因编辑领军人物之一的 Jennifer Doudna 教授（图片来源：Doudna 教授实验室官网）
尽管序列分析显示，与已开发的两套 CRISPR-Cas 系统相比，CasX 与核酸酶家族成员 Cas9 和 Cas12a 的相似性很小；演化线索也提示，它与其他 CRSPR-Cas 酶的结构和分子机制有所不同。而实验结果表明，CasX 对人类和大肠杆菌的基因组都具有可编程的修饰作用，可以在向导 RNA 的引导下实现对双链 DNA 的特异切割。
▲CasX 的结构组成（图片来源：参考资料[1]）
此外，CasX 具有不同于此前几款 Cas 核酸酶的独特优点。
首先，CasX 的一大重要应用特点是分子小巧。CasX 只有不到 1000 个氨基酸，比 Cas9 或 Cas12a 都要小得多，甚至比起以分子量小为特点的新工具 Cas12b（1108 氨基酸），还要更胜一筹。
CasX 独特的小巧结构暗示了它通过独特的机制识别和编辑底物 DNA。根据冷冻电镜等结构数据，研究人员发现，CasX 除了有某些与其他核酸酶成员同源的结构域外，还具有其它 Cas 蛋白中未曾发现的特征。比如，CasX 含有一个参与 DNA 解螺旋的结构域，其反式切割活性也比其它 Cas 系统要少。
▲CasX 含有一个参与目标 DNA 解螺旋的结构域 NTSB，是剪切双链 DNA 不可或缺的（图片来源：参考资料[1]）
这些结果表明，CasX 不仅小巧，还具有独特的可编程编辑方式，或许具备目前 CRISPR Cas 基因组编辑技术没有的优势。
我们很高兴地看到，在科学家们的共同努力下，基因编辑工具家族正在不断快速壮大，为更安全有效的基因疗法提供机会。这无疑是令人期待的一份新春礼物。
