超精準CRISPR“剪刀”來了 為更安全基因治療鋪平道路
發布時間:2020.02.13        閱讀次數:

堿基編輯具有比傳統的CRISPR-Cas9系統更好的控制性。圖片來源:Carlos ClarivanScience Photo Library




“人類基因組編輯時代現在正處于脆弱的開端,我們都有責任盡一切可能減少不利影響?!痹撗芯控撠熑?、美國博德研究所化學生物學家David Liu說,“尤其是在這些技術開始進入臨床試驗的時候?!?/p>


在CRISPR-Cas9編輯中,研究人員使用Cas9酶切斷DNA雙鏈,然后依靠細胞的DNA修復機制在該位置引入DNA序列的改變。這種方法是有效的,但對于引入什么序列幾乎無法控制。然而在堿基編輯中,Cas9酶切割DNA的能力被破壞了,并與其他酶融合在一起,這些酶可以用化學方法將DNA的一個“字母”轉換成另一個。Cas9將這些酶引導到目標位置。在那里,它們不是破壞DNA的兩條鏈,而是重寫一個特定的“字母”。


但是這項技術仍然需要優化。去年,研究人員報告說,用于將DNA堿基C轉化為T的酶不僅作用于研究人員指定的目標,還可以作用于基因組中的其他隨機位置。這些脫靶效應引起了人們對使用該技術進行基因治療的擔憂,因為不必要的DNA編輯可能造成潛在的傷害。


而且,這些變化隨機散布在整個基因組中,而檢測它們的唯一方法是對全部編輯過的基因組進行測序——這既繁瑣又昂貴。


為了解決這個問題,該研究組開發了幾種方法尋找細菌和人類細胞中的脫靶突變,而不需要對整個基因組進行測序。在其中一種方法中,研究人員將堿基編輯器插入細菌中,并測試了微生物的抗生素耐藥性。細菌細胞的耐藥頻率越高,堿基編輯器在其中的DNA突變就越活躍。


研究小組篩選了各種酶,包括自然產生和人工合成的酶,以尋找保真度更高的堿基編輯酶。結果他們發現了一組酶,可以將C轉化為T,而不會引起許多脫靶突變。


中國科學院遺傳與發育生物學研究所植物生物學家高彩霞表示,減少脫靶對將堿基編輯用于治療疾病十分重要。她表示,篩選方法比新酶本身更令人興奮。因為一些堿基編輯器在植物細胞中不能很好工作,所以她希望能篩選出有效的工具。


此外,在《自然—生物技術》的另一篇論文中,研究人員還進一步開發了Cas9酶,這種酶可以靶向以前無法到達的DNA區域。


相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41587-020-0414-6 (2020)


https://doi.org/10.1038/s41587-020-0412-8 (2020)


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