随着CRISPR-Cas技术的问世，人类改造、编辑生物基因密码的脚步大大加快。有了这把趁手的“基因魔剪”，人类可以对基因进行高效地定点编辑。日前，美国研究人员在《自然·方法》发表论文称，他们开发出一种紧凑型级联CRISPR-Cas3系统，可快速准确地对大规模DNA片段进行删除。

传统“魔剪”只能“剪”小片段DNA

目前研究最深入应用最成熟的就是CRISPR-Cas9系统。虽然它构简单，能够很容易地进入任何细胞，在需要的地方进行剪切，但是只能剪一刀，因此想删除整个基因位点特别大的DNA片段时，就存在一定局限性。

就像拆迁房子，如果小区里只有一幢危楼，那么只需要对这幢危楼进行维修或者拆除重建；但是如果要平整土地，或者拆除修补危楼的时候，那就要拆除更多的房子，破坏整个小区环境了。拆迁一幢楼不可能大刀阔斧，但是拆迁很多房子就需要更高效的工具了。

对于真核细胞来说，可大片段删除DNA的工具将促进对大部分非编码基因片段的询问，提高对大部分未知功能的编辑效率，它因此将成为一个强大的基因筛选工具。

升级版能“吃掉”大片段DNA

此次“升级版”新系统，称为 CRISPR-Cas3系统，是由进行性核酸酶Cas3和其他成分组成的最小版本。它与Cas9剪一刀就完成任务不同，Cas3系统不仅像一把剪刀，还像‘吃豆人’游戏里的‘大嘴巴’，在找到特定的DNA靶标后，可以先像Cas9一样剪断DNA双链，但是和Cas9不同，Cas3将停留在DNA断点处继续吞食DNA，很快就能“吃掉”一大段，最终造成大片段DNA的删除。

之所以可以变身‘吃豆人’，与Cas3的DNA酶特性有关，其亚单位比Cas9多一些，有结构可以结合到DNA上。就相当于只有抓住绳子末端，才可以沿着绳子往前走。虽然Cas3和Cas9识别DNA特异序列的方式是一样的，但是识别之后，剪切的方式是不一样的。Cas3系统既有手的功能，能锚定在DNA的位点上，同时又有“吃豆人”的功能，不断把DNA“吃”下去。

未来在工业发酵领域应用价值大

目前，科学家在实验室可以筛选出准确删除目标基因的细胞；但是在临床应用中，可能会面临更多的问题和挑战。现在只能证明CRISPR-Cas3系统在细菌中起作用，能否在高等生物特别是哺乳动物中应用CRISPR-Cas3系统进行大片段DNA的删除，还有待证明。

专家认为，如果大片段删除基因，就是一种大规模的破坏性治疗，不符合临床小规模、小修复的治疗原则，这种案例非常少见。而且以目前我们对编码或是非编码基因的了解，大片段删除或引入还有很多未知数，因此很可能病没治好，反而增添了新病。

因此目前CRISPR-Cas3系统应用于临床还有一定难度，但在工业、农业中可以发挥巨大作用。如工业发酵，所使用的菌种基因组越大，整个发酵过程中真正合成目标产物就越低效。因此在进行工业发酵的时候，我们选择菌种希望越简单越好，除了菌种存活所必需的基因外，最好就一个酶。把系统简化的时候相当于把菌种里不需要的基因去掉，在最小基因组的细菌当中，引入新的基因。这种做减法的过程就可以使用CRISPR-Cas3系统进行大片段删除来完成。

但切记，如果DNA删多了，菌种可能就死掉了，只有删得合适了，才能得到基因组被简化的活菌种。