Broad研究所的研究團隊日前開發了一個獨特的CRISPR-Cas9基因控制系統。該系統只需要催化活性的Cas9，就能在同一個細胞中敲除和激活不同基因。這一重要成果發表在十月五日的Nature Biotechnology雜志上，文章的通訊作者是Broad研究所Silvana Konermann，CRISPR技術先驅張鋒（Feng Zhang）博士也參與了這項研究。

研究人員針對sgRNA進行改造，使其具備14-15bp靶標序列和MS2莖環結構（MS2 binding loops）。研究顯示，這種sgRNA可以指導有催化活性的Cas9激活基因表達，而不造成雙鏈斷裂。

CRISPR-Cas9是細菌在漫長的進化史中演化出的重要防御機制。這個監控體系能夠根據引導RNA的指示，靶標并降解入侵者的遺傳物質。現在，CRISPR-Cas9已經成為了炙手可熱的基因組編輯工具，幫助世界各地的研究者們解決多種問題。

科學家們最初是用CRISPR-Cas9特異性的修改基因序列，該系統被認為是基因組工程領域的革命性工具。天然蛋白Cas9就像分子剪刀一樣，能夠精確切割或編輯特定的DNA片段。具有催化活性的sgRNA:Cas9復合體與目標DNA結合之后，會通過RuvC和HNH結構域誘導雙鏈斷裂。

后來，人們也開始通過CRISPR-Cas9對基因活性進行調控。向Cas9的核酸酶結構域引入突變，可以獲得催化失活的Cas9，實現基因編輯以外的調控功能。舉例來說，將這種dead Cas9（dCas9）與特定蛋白結構域結合，可以抑制或激活相應基因的表達。

此前，在一個細胞里同時進行基因敲除和轉錄激活，需要使用不同的Cas9蛋白。這項研究建立了最簡化的CRISPR基因控制系統，只需要有催化活性的野生型Cas9，就能夠達到同樣的效果。

研究人員把sgRNA靶標序列的長度減少到14–15nt，然后給sgRNA添上MS2莖環結構。將這些dead sgRNA（dRNA）與催化活性的Cas9聯合使用，就不會引起雙鏈斷裂，而是激活基因轉錄。

研究表明，這種CRISPR-Cas9系統的確能夠在黑色素瘤細胞中，同時敲除和上調不同的靶基因。此外，研究人員還分析了dRNA對轉錄激活和indel形成的影響，評估了它們的脫靶效應。