全基因組CRISPR篩選(genome-wide CRISPR screen)
剔除一個基因,告訴你的是關於一個基因的事。但真正的問題往往是開放式的:在全部約兩萬個人類基因中,哪些是癌細胞挺過一種藥物、或一種病毒完成感染、或你所關心的任何過程所必需的?全基因組CRISPR篩選的回答方式,是同時對每一個基因做實驗,再讓結果指向那些重要的基因。
訣竅是這樣的。你構建一個龐大的嚮導RNA文庫——合起來標靶基因組中的每一個基因,每個基因配幾條嚮導。你以低劑量把這個文庫送入一大群細胞,使每個細胞通常只接收一條嚮導、因而只剔除一個基因;這群細胞成了數百萬個,各自缺失一個不同的單一基因。然後你施加一種選擇或壓力——加入藥物、病毒,或你正在研究的任何東西——讓它對細胞進行篩選。事後你給存活(或消失)的細胞定序,讀出它們攜帶哪些嚮導RNA。變得富集的嚮導,標記出那些喪失後有助於存活的基因;掉隊消失的嚮導,標記出那些必需的基因。嚮導RNA兼作一個內置條碼,告訴你每個細胞丟失了哪個基因。
這是現代功能基因組學中最有力的方法之一,把一項曾需數年的搜尋,變成一次合併進行的實驗,它已揭示出藥物靶點、必需基因,以及無數細胞過程背後的機器。其變體用CRISPR干擾或激活替代剔除,從而在全基因組範圍內把基因調低或調高。誠實的告誡是:篩選找到的是關聯,之後必須逐個基因加以驗證;不同嚮導的有效程度參差不齊;脫靶效應和不徹底的剔除會增添噪聲;而且一次篩選告訴你的是哪些基因對你測試的那個條件要緊,而非每個基因功能的全貌。
為找出某抗癌藥依賴哪些基因,你在數百萬個細胞中各剔除一個基因,加入該藥,再給存活者定序:該藥所需基因對應的嚮導會變得富集,從而把它們指認為該藥的靶點。
一次性測試每一個基因;存活下來的嚮導拼出哪些基因要緊。
篩選靠統計關聯標出候選基因,而非證明。命中項必須逐一重測,因為嚮導的有效性、脫靶和噪聲都可能抬高假線索或掩蓋真線索。