全基因组CRISPR筛选(genome-wide CRISPR screen)
敲除一个基因,告诉你的是关于一个基因的事。但真正的问题往往是开放式的:在全部约两万个人类基因中,哪些是癌细胞挺过一种药物、或一种病毒完成感染、或你所关心的任何过程所必需的?全基因组CRISPR筛选的回答方式,是同时对每一个基因做实验,再让结果指向那些重要的基因。
诀窍是这样的。你构建一个庞大的向导RNA文库——合起来靶向基因组中的每一个基因,每个基因配几条向导。你以低剂量把这个文库送入一大群细胞,使每个细胞通常只接收一条向导、因而只敲除一个基因;这群细胞成了数百万个,各自缺失一个不同的单一基因。然后你施加一种选择或压力——加入药物、病毒,或你正在研究的任何东西——让它对细胞进行筛选。事后你给存活(或消失)的细胞测序,读出它们携带哪些向导RNA。变得富集的向导,标记出那些丧失后有助于存活的基因;掉队消失的向导,标记出那些必需的基因。向导RNA兼作一个内置条形码,告诉你每个细胞丢失了哪个基因。
这是现代功能基因组学中最有力的方法之一,把一项曾需数年的搜寻,变成一次合并进行的实验,它已揭示出药物靶点、必需基因,以及无数细胞过程背后的机器。其变体用CRISPR干扰或激活替代敲除,从而在全基因组范围内把基因调低或调高。诚实的告诫是:筛选找到的是关联,之后必须逐个基因加以验证;不同向导的有效程度参差不齐;脱靶效应和不彻底的敲除会增添噪声;而且一次筛选告诉你的是哪些基因对你测试的那个条件要紧,而非每个基因功能的全貌。
为找出某抗癌药依赖哪些基因,你在数百万个细胞中各敲除一个基因,加入该药,再给存活者测序:该药所需基因对应的向导会变得富集,从而把它们指认为该药的靶点。
一次性测试每一个基因;存活下来的向导拼出哪些基因要紧。
筛选靠统计关联标出候选基因,而非证明。命中项必须逐一重测,因为向导的有效性、脱靶和噪声都可能抬高假线索或掩盖真线索。