在一項(xiàng)新的研究中，來自美國馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員利用CRISPR/Cas9開發(fā)出一種新的被稱作CRISPRainbow（CRISPR彩虹）的技術(shù)，這一技術(shù)允許科學(xué)家們標(biāo)記和追蹤活細(xì)胞中多達(dá)7個(gè)不同的基因組位點(diǎn)。這一標(biāo)記系統(tǒng)將是一種寶貴的工具用于實(shí)時(shí)研究基因組結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究結(jié)果于2016年4月18日在線發(fā)表在Nature Biotechnology期刊上，論文標(biāo)題為“Multiplexed labeling of genomic loci with dCas9 and engineered sgRNAs using CRISPRainbow”。論文*作者兼論文通信作者Hanhui Ma說，“大多數(shù)人利用CRISPR對基因組進(jìn)行編輯。我們正在利用它標(biāo)記DNA和追蹤活細(xì)胞中的DNA運(yùn)動。”與Ma搭檔的是馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子藥理學(xué)教授Thoru Pederson博士。

Ma和Pederson說，了解活細(xì)胞中的基因組元件的位置是理解染色體動態(tài)變化的關(guān)鍵，這是因?yàn)榭刂莆覀兩飳W(xué)特征和健康的基因按照它們在三維空間中的位置來發(fā)揮作用的。對一個(gè)準(zhǔn)備進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯的基因而言，它在染色體上必須是可接觸到的。在擁擠的細(xì)胞核中，DNA所在的位置在包括胚胎發(fā)育到癌癥在內(nèi)的過程中發(fā)揮著重要作用。

然而，當(dāng)前的技術(shù)一次zui多只能夠追蹤活細(xì)胞中的三個(gè)基因組位點(diǎn)。若要標(biāo)記上更多位點(diǎn)，則要求將細(xì)胞浸泡在甲醛中，讓它們固定，而這種浸泡會殺死它們，并且使得人們不可能觀察染色體的結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間的推移或者對刺激物作出反應(yīng)時(shí)如何作出改變。

為了克服這個(gè)技術(shù)難題，Ma和Pederson尋求CRISPR/Cas9的幫助。為了利用CRISPR/Cas9復(fù)合體對基因組的特定位點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，他們讓核酸酶Cas9發(fā)生基因突變使其失活，因而這種酶只能夠結(jié)合到DNA上，但是不能夠切割基因組。一旦失活，CRISPR/Cas9在向?qū)NA（gRNA）的引導(dǎo)下結(jié)合到基因組上的特定位點(diǎn)，而且研究人員能夠?qū)RNA進(jìn)行編輯，使得gRNA根據(jù)需要能夠結(jié)合到不同的靶位點(diǎn)。

為了觀察和追蹤結(jié)合到基因組上的CRISPR/Cas9復(fù)合體，Ma對gRNA進(jìn)行基因改造，讓它與三種主要的熒光蛋白中---紅色熒光蛋白、綠色熒光蛋白和藍(lán)色熒光蛋白---的一種融合在一起。這些蛋白就可以在顯微鏡下實(shí)時(shí)觀察和追蹤到。通過附著它們當(dāng)中的第二種熒光蛋白到這個(gè)向?qū)NA上，Ma能夠?qū)⑦@三種主要的熒光顏色兩兩組合，產(chǎn)生另外三種顏色：青色、洋紅色和黃色。第七種顏色是將這三種顏色組合在一起時(shí)形成的白色。

Pederson解釋道，“計(jì)算機(jī)通過與顯微鏡中的光譜過濾器相結(jié)合讀取這些顏色，并且按照你需要的顏色顯示它們。比如，紅色和綠色組合在一起就變成黃色。利用這三種主要的顏色和這種被稱作計(jì)算著色（computational coloring）的方法，我們能夠產(chǎn)生另外三種顏色。”

CRISPRainbow技術(shù)讓研究人員能夠同時(shí)確定多達(dá)7種不同的DNA位點(diǎn)，每種位點(diǎn)對應(yīng)一種不同的顏色。在活細(xì)胞中采用這種技術(shù)更能體現(xiàn)這種技術(shù)的威力，這是因?yàn)樗軌蜃粉櫥蚪M的動態(tài)的拓?fù)溥\(yùn)動，這可能具有重要的生物學(xué)影響。

論文共同作者、馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與藥理學(xué)助理教授David Grunwald博士實(shí)驗(yàn)室博士后研究員Li-Chun Tu博士說，“利用這種技術(shù)，我們能夠在不同的時(shí)間點(diǎn)上可視化觀察不同的染色體位點(diǎn)。我們能夠監(jiān)控它們從而觀察這些位點(diǎn)移動多遠(yuǎn)和多快。憑借這一點(diǎn)，我們能夠觀察這些結(jié)構(gòu)變化如何影響正在表達(dá)的基因以及它們與健康和疾病的關(guān)系。”

作為馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一名研究基因組三維結(jié)構(gòu)的，Job Dekker博士（未參與這項(xiàng)研究）對CRISPRainbow技術(shù)充滿熱情。Dekker博士說，“通常，當(dāng)我們研究細(xì)胞中的基因組結(jié)構(gòu)時(shí)，我們獲得這種結(jié)構(gòu)的快照圖片，而且我們希望在當(dāng)這個(gè)細(xì)胞對某種事情作出反應(yīng)5分鐘后，我們能夠觀察它看起來將會是什么樣子。這一系統(tǒng)允許人們實(shí)時(shí)地追蹤這種變化。我認(rèn)為它一種非常重要的新技術(shù)。”