美国麻省理工学院和哈佛大学的Tang等人揭开了CRISPR基因编辑技术的最新戏法——变身成细胞的“黑匣子记录器”。

该记录器系统可以追踪细胞内事件的顺序和持续时间，可以记录细胞环境中的刺激物，如暴露于病毒和抗生素。这项技术的最终目标是深入了解复杂的细胞过程，例如基因表达为蛋白质。

研究人员利用了CRISPR的Cas9酶，这是一把基因剪刀，可以在预先确定的点上切割DNA。这副剪刀由一个小RNA分子引导，将剪刀引导至细菌细胞DNA。

当Cas9切割DNA时，哺乳动物的细胞通常有修复机制来修复断裂，尽管有时会在这个过程中产生错误。在这项研究中，所用的细菌细胞都没有这种修复机制，这意味着靶向质粒被降解了。研究人员最后所做的基因改变是为了确保宿主细胞只有在存在某种抗生素的情况下才会开始产生Cas9。

在添加抗生素后，细菌细胞检测到抗生素，产生了Cas9。Cas9酶将对其敏感的质粒进行切割，同时保留其他质粒的完整。目标质粒随后降解，这意味着研究者只需监测这两种质粒的相对水平，就可以得到一个读数，抗生素浓度和持续时间的增加意味着相对较少的Cas9目标质粒。研究者将该记录器系统称为CAMERA1。

此外，研究人员还开发了第二个系统——CAMERA2，利用另一种CRISPR方法，更精细地改变了DNA的单个碱基字母，与CAMERA1的粗镰刀相比，这就是一个缝纫剪刀。这个方法叫做碱基编辑。CAMERA2系统可以在哺乳动物中发挥作用。以这种方式编辑DNA存在损害细胞的风险。为了防止这种情况的发生，这种碱基编辑器只能在一个叫做“安全港”特定基因中工作，这是一个没有细胞损伤风险的试验场。第二个系统完全不需要质粒，直接监测细胞基因组的变化。

记录细胞事件可以帮助我们理解细胞的历史，以及细胞如何对刺激做出应答。然而，细胞内记忆装置的构建是一个挑战。Tang等人使用Cas9核酸酶和碱基编辑器，记录刺激的幅度、持续时间和顺序。他们记录的刺激包括：抗生素、营养物质、病毒和光，以及Wnt信号转导。记录的记忆可以被擦除并在多个周期内重新记录。（作者：黄希瑶)

参考文献：Science 2018;360: eaap8992