清华汪小我等人开发CRISPR sgRNA设计工具

七月二十三日，清华大学自动化系的汪小我和美国斯坦福大学的Lei S Qi博士带领的研究小组，在国际权威杂志《Bioinformatics》发表一项最新研究。随着越来越多使用CRISPR/Cas9进行基因编辑和调控的实验数据，该研究小组根据这些已发表的研究总结的一套sgRNA设计规则，开发出了一种综合性的计算工具。他们报道了一种全基因组sgRNA设计工具，并提供了一个在线网站，用于预测高效而特异的sgRNA。

　　

生物通报道：CRISPR/Cas9系统，是最近开发的一种强大而灵活的靶向基因组工程技术，包括基因组编辑和基因调控。这些应用需要设计高效、特异的单向导RNA（sgRNA）。然而，这仍然是具有挑战性的，因为它需要考虑许多标准。已有研究开发出了一些sgRNA设计工具用于基因编辑，但是目前还没有设计出用于基因调控的sgRNA设计工具。延伸阅读：专家指南：CRISPR实验中如何选择sgRNA[心得点评]。

七月二十三日，清华大学自动化系的汪小我和美国斯坦福大学的Lei S Qi博士带领的研究小组，在国际权威杂志《Bioinformatics》发表了题为“CRISPR-ERA: a comprehensive design tool for CRISPR-mediated gene editing, repression and activation”的研究论文。随着越来越多使用CRISPR/Cas9进行基因编辑和调控的实验数据，该研究小组根据这些已发表的研究总结的一套sgRNA设计规则，开发出了一种综合性的计算工具。他们报道了一种全基因组sgRNA设计工具，并提供了一个在线网站，用于预测高效而特异的sgRNA。他们将这一工具命名为CRISPR-ERA，可用于CRISPR介导的基因编辑、抑制和激活。

本文通讯作者分别是清华大学信息科学与技术国家实验室（筹）的汪小我和斯坦福大学的Lei S Qi博士。中国科学院院士、清华大学自动化系的李衍达院士也是本文共同作者。

细菌的适应性免疫系统CRISPR，是近年来发展起来的一种功能强大且多功能的基因组工程技术，包括基因编辑（修改基因组序列）和基因调控（抑制或激活基因的表达）。该系统是高度可编程的，利用一个单一的蛋白质，核酸酶Cas9用于基因编辑，或核酸酶缺陷型dCas9用于基因调控。

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要进行精确的和可编程的DNA打靶，就必需一个单向导RNA（sgRNA）。有效和特异的基因组工程需要精心设计sgRNA，这仍然是一个巨大的挑战。计算工具已被用来帮助设计CRISPR编辑的sgRNA，但不能用于其他用途，如转录调控。这些计算工具将使得研究人员能够进行自动的sgRNA设计和脱靶位点的验证。

基于此，该研究小组所开发的这种工具，一个主要目标是解决sgRNA设计所存在的矛盾，从而能够进行有效和高特异性的基因抑制或激活，也可产生全基因组的sgRNA文库，用于不同生物体的遗传筛选。

在这项研究中，研究人员描述了CRISPR-ERA网站服务器，是一种自动的、综合的sgRNA设计工具，用于CRISPR介导的基因编辑、抑制和激活（editing, repression and activation, ERA）。CRISPR-ERA利用一种快速算法，搜索全基因组sgRNA结合位点，并利用目前发表的CRISPR编辑、抑制和激活数据中所总结的一套规则，评估了它们的有效性和特异性。设计特点是有注释的，可以在一个基因组浏览器中可视化靶位点。研究人员还提供了产生全基因组sgRNA文库的本地版本。

（生物通：王英）

注：汪小我，男，1999.9 - 2003.7 清华大学自动化系自动化专业，获工学学士学位；2003.9 - 2008.7 清华大学自动化系控制科学与工程-生物信息学专业, 获博士学位；2007.9 - 2008.3 美国冷泉港实验室，国家公派联合培养博士生；2008.7 - 2011.11 清华大学自动化系，讲师；
2011.12 至今，清华大学自动化系 副教授。学术兼职国家自然科学基金评审人，担任Bioinformatics、BMC Bioinformatics、PLoS One、Chromatin、Epigenetics、The Annals of Applied Statistics、APBC2009、APBC2010、《科学通报》、《遗传学报》等国内外期刊和会议的审稿人。研究领域：生物信息学、微小RNA（microRNA）的计算系统生物学研究、基因表达调控网络分析、表观遗传学研究、高通量测序数据的分析与算法开发、合成生物学等。

Lei Stanley Qi，2005年毕业于清华大学，获数学和物理学专业学士学位，2007年在美国加州大学伯克利分校获物理学硕士学位，2012年在加州大学伯克利分校获生物工程学博士学位，2012年至2014年在加州大学圣地亚哥分校从事系统生物学研究，目前为斯坦福大学生物工程和化学、系统生物学助理教授，其实验室主要应用基因组工程学和CRISPR技术，研究细胞分化、增殖、表观遗传调控和疾病相关的遗传互作网络。

生物通推荐原文摘要：
CRISPR-ERA: a comprehensive design tool for CRISPR-mediated gene editing, repression and activation.
Abstract: The CRISPR/Cas9 system was recently developed as a powerful and flexible technology for targeted genome engineering, including genome editing (altering the genetic sequence) and gene regulation (without altering the genetic sequence). These applications require the design of single guide RNAs (sgRNAs) that are efficient and specific. However, this remains challenging, as it requires the consideration of many criteria. Several sgRNA design tools have been developed for gene editing, but currently there is no tool for the design of sgRNAs for gene regulation. With accumulating experimental data on the use of CRISPR/Cas9 for gene editing and regulation, we implement a comprehensive computational tool based on a set of sgRNA design rules summarized from these published reports. We report a genome-wide sgRNA design tool and provide an online website for predicting sgRNAs that are efficient and specific. We name the tool CRISPR-ERA, for CRISPR-mediated editing, repression, and activation (ERA).