华东师范大学生命科学学院、医学合成生物学研究中心叶海峰研究员团队成功研发出了远红光调控的分割型split-Cas9基因编辑系统（简称FAST系统）。
该FAST系统不仅在体外培养的多种哺乳动物细胞中实现了内源基因的时空特异性光控基因编辑，而且可以对动物体内成体细胞实现光控基因编辑。研究人员还利用该系统对小鼠肿瘤中的致癌基因进行编辑，实现了光照抑制肿瘤生长的效果。
今天凌晨，该成果在线发表于《科学-进展》。
CRISPR-Cas9基因编辑技术作为近年来新兴的第三代基因编辑技术，既保证了良好的打靶效率，又更加简便、快捷、高效，且成本也大大降低，广受科学界瞩目，成为生命科学史上具有里程碑意义的生物技术。
然而，CRISPR-Cas9系统在应用时会由于其不可控性产生脱靶效应，带来严重、不可预估的副作用；此外，也无法实现时空特异性的精准基因编辑。为了解决以上问题，该研究以低强度的远红光（730 nm LED光源）外部照射作为控制手段，借助于远红光本身的组织通透性优势，能够在时间和空间上特异性精准控制体内深层组织和器官的基因编辑。
该精准、时空可控的FAST系统是叶海峰研究团队巧妙利用合成生物学、光遗传学、基因编辑等多学科技术交叉手段，将红细菌中响应远红光的蛋白BphS，链球菌中的转录因子BldD以及酿脓链球菌中的Cas9核酸酶经理性设计、组装、拼接和重编程而成的远红光调控的分割型split-Cas9基因编辑系统。该系统展现出低本底泄露，低脱靶效应，低毒性，高度时空特异精准性以及强组织穿透性等体内应用优势，提供了一种新型可控的基因编辑工具。
叶海峰研究员表示，这项研究作为一个精准、时空可控的基因编辑技术平台，扩展了当前CRISPR-Cas9基因编辑工具箱，有望应用于基因功能的研究，以及遗传病、肿瘤等多种疾病的精准可控治疗。
本研究成果是在叶海峰课题组近年来的光遗传学研究基础之上取得的进一步研究成果。
2017年，该课题组在Science Translational Medicine期刊上发表了一篇研究文章（封面文章），文章报道了一种远红光（730 nm）调控的转基因表达控制系统，并实现了智能手机超远程控制光敏细胞释放胰岛素治疗糖尿病的目标，颠覆了传统口服和注射降糖药物控制血糖的方法。
2018年，该课题组在美国科学院院刊PNAS上发表研究论文，他们将远红光调控转基因表达控制系统与CRISPR-dCas9技术相结合，开发了远红光调控的CRISPR-dCas9内源基因转录激活装置（FACE），可实现表观遗传操控以及诱导干细胞分化为功能性神经细胞。该系列研究工作进一步拓展了光遗传学工具箱，为哺乳动物细胞治疗，细胞基因组的精密时空表观遗传调控、基因调控的基础理论研究和转化应用研究奠定了基础，进一步促进了基于光遗传学的精准治疗和临床转化研究。
作者：许琦敏
图片：华东师范大学叶海峰课题组提供
责任编辑：任荃
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