2023年第4卷第1期|www.synbioj.comSyntheticBiologyJournal2023，4（1）：47-66CRISPR/Cas系统的挖掘、改造与功能拓展柳柯，林桂虹，刘坤，周伟，王风清，魏东芝（华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室，鲁华生物技术研究所，上海200237）摘要：规律成簇间隔短回文重复序列及其相关蛋白（CRISPR/Cas）是一种微生物获得性免疫系统，自从证实其可用于基因编辑之后，迅速增强了我们编辑、操纵、注释、检测甚至成像生物体DNA和RNA的能力，为基础生命科学、医学和生物工程等领域的创新发展注入了强劲动力，快速推动了合成生物学等学科的兴盛发展。然而，CRISPR/Cas系统也有一些固有的问题，例如脱靶效应、原间隔序列邻近基序（PAM）对靶目标的约束性以及基因编辑活性的可控性等，严重制约了该系统在基因精准可控编辑等方面的长足发展，阻碍了其新功能和新应用的拓展。为了突破这些限制，“蛋白质工程修饰Cas蛋白”与“基于生物信息学的新型CRISPR/Cas系统的挖掘”就成为完善发展CRISPR/Cas系统以及扩充CRISPR工具箱的两种重要策略。本文主要针对当前应用最为广泛的Ⅱ类CRISPR/Cas系统，重点介绍了CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas12a和CRISPR/Cas13a这三种代表性系统的基本结构和作用机制，及其在结构改造和功能拓展等方面的新进展，同时也对一些新近发掘的具有重要特色和潜在应用价值的CRISPR/Cas系统进行了综述，例如CRISPR/CasФ和CRISPR/Cas12k。这些改造和发掘工作显著改善了CRISPR/Cas系统的固有问题，有力地拓展了其功能和适用性，势必会进一步快速推动CRISPR/Cas系统在诸多领域的创新发展。关键词：CRISPR/Cas；基因编辑；脱靶效应；PAM约束；Cas工程改造中图分类号：Q816文献标志码：AMining,engineeringandfunctionalexpansionofCRISPR/CassystemsLIUKe，LINGuihong，LIUKun，ZHOUWei，WANGFengqing，WEIDongzhi（StateKeyLaboratoryofBioreactorEngineering，NewworldInstituteofBiotechnology，EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237，China）Abstract:Theclusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats(CRISPR)andCRISPR-associatedproteins(Cas)werederivedfromanacquiredimmunesysteminmicrobes.Sincetheirfunctionsongeneeditinghavebeenreported,theyhavebeenrapidlyusedtoenhanceourabilitytoedit,regulate,annotate,detect,andimageDNAandRNAfragmentsofvariousorganisms,whichconsequentlyhavefaciliated...
