CRISPR-Cas9是一个革命性的工具，部分原因是它的多功能性：一种由细菌产生的咀嚼病毒，它还能在人类细胞中有效地执行各种遗传技术，包括切割和粘贴DNA、进行精确的突变以及激活或失活基因。
加州大学伯克利分校的研究人员现在通过提供一个“开”开关使它更加通用，允许用户在除指定目标之外的所有细胞中保持Cas9基因编辑器关闭。
重新设计的Cas9酶——研究人员称之为procas9含有一定长度的蛋白质，需要在酶结合并切割DNA之前进行切割。如果科学家插入一小块蛋白质，这种蛋白质只能被特定的酶切割，例如癌细胞或传染性病毒或细菌的特殊酶，那么这种酶将成为打开Cas9的触发器。
ProCas9基本上“感知”其所在的细胞类型，这是基于蛋白质裂解酶(一种所谓的蛋白酶)的存在。
加州大学伯克利分校分子细胞生物学副教授大卫萨维奇说：“这是一个额外的安全层，可以放在分子上，以确保精确切割。”
除了可编程输出，它还给出了Cas9蛋白的可编程输入。
萨维奇说：“有许多蛋白酶调节细胞中的信号通路，将正常细胞转化为癌细胞，并参与病原体感染。“如果我们能感知到这些信号，我们就能利用这些重要的方式，做出相应的反应。”
在这项研究中，Savage和他的同事通过使Cas9对植物和人类病毒如西尼罗河病毒敏感，证明了Cas9的蛋白酶控制。未来，他们相信这项技术可以用于将CRISPR-Cas9细菌免疫系统引入植物，帮助它们抵抗有害的病毒病原体。
来自加州大学伯克利分校和旧金山格拉德斯通研究所的研究人员的这项研究将于1月10日在线发表在《细胞》杂志上。
剥去Cas9的必需品
Savage最初的研究目标是通过切断DNA来削减Cas9蛋白——实际上是基因编辑的“剪刀”——最简单的部分，以获得最强大的基因编辑器。越简单，越容易使用和运输到细胞。
他说：“我们知道Cas蛋白是复杂的，它们具有各种调节功能，这对于它们在细菌免疫系统中的功能非常重要。“我们工作的主要目标是驯服它们供人类使用，并去除与基因组编辑无关的不必要的东西。”
特别是，他想重新设计Cas9，使其更容易附着其他蛋白质。这将允许Cas9携带具有多种功能的蛋白质到DNA的正确位置。这些被称为融合蛋白，它们有前途的变体可以改变基因表达，或者在称为碱基编辑的技术的情况下，精确地改变脱氧核糖核酸中的碱基或核苷酸。
他用来重新设计Cas9的技术被称为圆形排列，他从未尝试过像Cas9这样复杂的蛋白质。环形排列包括获得Cas9蛋白的氨基酸串并切割它，切换两个片段的顺序，然后允许它折叠成新的3D构型。他这样做是为了把蛋白质分成两部分。
虽然你可能认为这将彻底破坏蛋白质，但在大约10%的情况下，New protein仍然有效，就像他只是以不同的方式重新排列了蛋白质的亚基，而不影响它们的功能一样。这可能是有效的，因为正如CRISPR-Cas9的发明者Jennifer Doudna和她的同事们所展示的，Cas9蛋白复合物具有高度的灵活性，当它抓住引导RNA时，就会移动，与dna结合，移动到切割DNA链的位置。
萨维奇目前正在探索一些Cas9重排，这可能为融合蛋白提供更好的支架，使它们更接近目标DNA链。
在重新排列Cas9支架的过程中，他偶然发现自己以不同的方式重新连接了两个蛋白质片段。
他说：“当我们切割蛋白质并将旧片段移动到蛋白质中的新位置时，系统对两个片段连接在一起的方式变得非常敏感。“我们意识到，我们可以利用这种敏感性来设计蛋白质，以获得蛋白酶识别位点。”
他说，研究表明“我们不坚持蛋白质，这是大自然赋予我们的基因组编辑器”。“这些蛋白质可以经过精心优化，成为自然界中没有的支架，但它们具有适合人类细胞的特性。”
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