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超越CRISPR?科学家新型基因编辑系统寻找之路从未止步!

来源:生物谷 2016-08-16 12:34


2016年8月9日 讯 /生物谷BIOON/ --CRISPR–Cas9工具可以帮助科学家修改基因组,其被誉为简便、便宜且具有多功能、优于此前多种技术的新型基因编辑技术,目前全球很多实验室都在探索CRISPR–Cas9技术在医学和基础研究中的新应用。

来自加利福尼亚大学的研究者Prashant Mali指出,尽管CRISPR–Cas9技术有着很多优势,但其仍然有着自身的局限性,该技术可以到达基因组特殊位点并对其进行切割,但有时候我们在自己兴趣领域内的应用或许要求要更多一点。

哈佛大学的研究者George Church说道,今年早些时候有研究人员就将兴趣转移到了另外一种名为NgAgo的基因编辑系统中,研究者表现出了他们对CRISPR–Cas9的失望以及寻找到另外一种可以替代CRISPR–Cas9技术的希望。NgAgo仅仅不断增长的基因编辑工具文库中的一员,部分基因编辑工具在CRISPR主题中处于不断变化的状态,而其它基因编辑工具则会为编辑基因组提供新方法。

一个缩小版的自己(A mini-me)

CRISPR–Cas9或许有望有一天被用于重写引发遗传疾病的基因,但该系统中的组分(Cas9酶和指导该酶进入到特定序列中的RNA链)由于非常大而不能被装入到病毒的基因组中,而这些病毒常被用于基因疗法中来使得外源的遗传物质穿梭于人类细胞中。那么其中一个解决方法就是开发mini-Cas9形式,其可以从细菌金黄色葡萄球菌中提取,因为mini-Cas9足够小,因此其可以被“挤压”到病毒中从而用作目前市场上所进行的基因疗法,去年12月份,两个研究小组就在小鼠抗体中利用mini-Cas9成功纠正了引发杜氏肌营养不良症的基因。


扩大范围

Cas9并不能切割它们所指向的任意位点,特定的DNA序列必须位于切割点附近才能够发生切割修饰作用,而这种要求在很多基因组中都能够被轻松完成,但对于某些试验而言却是非常痛苦的限制。研究者目前正在寻找微生物来补充具有不同序列需要的酶类,以便他们可以扩大能够修饰的序列的数量。

比如其中一种名为Cpf1的酶类,其或许能够成为科学家们最后吸引力的选择,其比Cas9酶类小一些,同时具有高度特异性及不同的序列需求。另外一种名为C2c2的酶类,其可以靶向作用RNA而不是DNA,这种特性就可以帮助研究者深入研究RNA并且利用RNA的基因组来抵御病毒。

真正的编辑器

研究者Church说道,许多实验室仅利用CRISPR–Cas9来剔除部分基因,从而使得基因失活,人们希望以此来宣布他们在编辑领域的成功,但毁掉书中的一页似乎并不能对这本书进行编辑。哪些想以其中一种序列来体外另外一种序列的研究者似乎会面临更多困难,当Cas9切割DNA时,细胞通常会产生错误,其会连接基因断头部分,但这同时会产生研究者们热衷于研究的基因缺失部分。

很多想要重写DNA序列的研究人员往往依赖于能够插入新序列的不同修复通路,相比易错缝合而言,该过程往往会以极低的频率发生;明尼苏达大学的研究者Daniel Voytas指出,每个人都会说,未来我们可以在某个时间点对许多基因进行编辑,而我认为,我们目前甚至并没有以一个合理的效率来完成它。

但过去几个月的研究进展给了研究者Voytas希望,4月份,研究人员宣布,他们成功对Cas9失活,并且将其同一种可以将DNA字符转换成另外一种的特殊酶类相连接,这种失活的Cas9仍然可以靶向作用导向RNA所“口述”的序列,但却并不能切割,相反吸附的酶类可以开启DNA字符的表达,最终产生碱基T(此前位点是碱基C),这项研究刊登在了上周的Science杂志上。

研究者Voytas和同事希望可以将其它酶类同失活的Cas9相连接,从而提供更多不同的序列改变。

追寻Argonautes

今年5月份,一项刊登在国际杂志Nature Biotechnology上的研究报告中,研究者就发现了一种全新的基因编辑系统,研究人员声称,他们可以利用一种名为Argonaute的蛋白来在预先的位点切割DNA,而整个过程并不需要导向DNA或特异性的邻近基因组序列,此外研究者还可以利用一种和靶向区域相对应的DNA短链序列来对蛋白质进行编程。

该项研究一时间让全球的科学家表示兴奋,同时他们又开始进行各种猜测,即CRISPR–Cas9是否会失去其“霸主”地位,但很多实验室目前并没有重复出上述研究的结果,尽管如此,目前研究者希望通过来自其它细菌的argonautes可以提供研究的方向。


对酶类进行编程

目前科学家们正在研究其它的基因编辑系统,尽管有些研究已经停滞了好多年;对于进行一项广泛深入性的细菌研究计划,Church的实验室目前并没有对CRISPR进行深入研究,相反,相反研究人员对一种名为λ系统进行了深入研究,λ系统可以被重编程操作,在不需要导向DNA的情况下对DNA序列进行改变,但尽管Church进行了13年的研究,λ系统如今只能在细菌细胞中发挥作用。


研究者Churc和来自MIT博德研究所的Zhang Feng博士表示,目前他们的实验室都正在开发名为整合酶(integrases)和重组酶的特殊酶类用作基因编辑器;Zhang Feng博士表示,通过深入剖析酶类的多样性我们就能够制造出具有强大力量的基因编辑工具箱,这对于我们探索未知世界将会带来极大帮助。(生物谷Bioon.com)

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参考资料:


Nature Biotechnology   doi:10.1038/nbt.3547


Science   DOI: 10.1126/science.aaf8729


Nature    doi:10.1038/nature17946


Science    DOI: 10.1126/science.aaf5573


Nature Biotechnology    doi:10.1038/nbt.3620


Science   DOI: 10.1126/science.aad5177


Science   DOI: 10.1126/science.aad5143


Nature     doi:10.1038/nature14299

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