在一項新的研究中，來自美國馬薩諸塞大學醫(yī)學院的研究人員利用CRISPR/Cas9開發(fā)出一種新的被稱作CRISPRainbow（CRISPR彩虹）的技術，這一技術允許科學家們標記和追蹤活細胞中多達7個不同的基因組位點。這一標記系統(tǒng)將是一種寶貴的工具用于實時研究基因組結構。相關研究結果于2016年4月18日在線發(fā)表在Nature Biotechnology期刊上，論文標題為“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對基因組進行編輯。我們正在利用它標記DNA和追蹤活細胞中的DNA運動。”與Ma搭檔的是馬薩諸塞大學醫(yī)學院生物化學與分子藥理學教授Thoru Pederson博士。

Ma和Pederson說，了解活細胞中的基因組元件的位置是理解染色體動態(tài)變化的關鍵，這是因為控制我們生物學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。對一個準備進行轉(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，當前的技術一次zui多只能夠追蹤活細胞中的三個基因組位點。若要標記上更多位點，則要求將細胞浸泡在甲醛中，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構隨著時間的推移或者對刺激物作出反應時如何作出改變。

為了克服這個技術難題，Ma和Pederson尋求CRISPR/Cas9的幫助。為了利用CRISPR/Cas9復合體對基因組的特定位點進行標記，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）的引導下結合到基因組上的特定位點，而且研究人員能夠?qū)RNA進行編輯，使得gRNA根據(jù)需要能夠結合到不同的靶位點。

為了觀察和追蹤結合到基因組上的CRISPR/Cas9復合體，Ma對gRNA進行基因改造，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時觀察和追蹤到。通過附著它們當中的第二種熒光蛋白到這個向?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形成的白色。

Pederson解釋道，“計算機通過與顯微鏡中的光譜過濾器相結合讀取這些顏色，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算著色（computational coloring）的方法，我們能夠產(chǎn)生另外三種顏色。”

CRISPRainbow技術讓研究人員能夠同時確定多達7種不同的DNA位點，每種位點對應一種不同的顏色。在活細胞中采用這種技術更能體現(xiàn)這種技術的威力，這是因為它能夠追蹤基因組的動態(tài)的拓撲運動，這可能具有重要的生物學影響。

論文共同作者、馬薩諸塞大學醫(yī)學院生物化學與藥理學助理教授David Grunwald博士實驗室博士后研究員Li-Chun Tu博士說，“利用這種技術，我們能夠在不同的時間點上可視化觀察不同的染色體位點。我們能夠監(jiān)控它們從而觀察這些位點移動多遠和多快。憑借這一點，我們能夠觀察這些結構變化如何影響正在表達的基因以及它們與健康和疾病的關系。”

作為馬薩諸塞大學醫(yī)學院的一名研究基因組三維結構的，Job Dekker博士（未參與這項研究）對CRISPRainbow技術充滿熱情。Dekker博士說，“通常，當我們研究細胞中的基因組結構時，我們獲得這種結構的快照圖片，而且我們希望在當這個細胞對某種事情作出反應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)允許人們實時地追蹤這種變化。我認為它一種非常重要的新技術。”