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盘点CRISPR基因编辑技术10大"不寻常"应用

来源:新浪医药新闻 2019-03-05 18:07

 

在过去的几年里,CRISPR频频被新闻报道,这是有原因的。这种工具使基因编辑变得比以往任何时候都更加容易和更快速,CRISPR在治疗疾病方面已经显示出巨大潜力,这项技术已经加速用于对各种人类疾病潜在原因的研究。此外,该技术已经开始了临床试验,将基因编辑工具本身用于治疗癌症、失明和艾滋病等疾病。它

CRISPR的医学应用一直是行业关注的焦点,特别是在中国学者——南方科技大学生物系副教授贺建奎2018年底向全世界宣布“CRISPR双胞胎”诞生后,科学界对CRISPR的医学应用提出了强烈的批准。这对CRISPR双胞胎是首个从基因编辑的胚胎中诞生的人类。

但实际上,CRISPR技术所带来的可能性远远超出了应用在人类健康的范畴。labiotech.eu网站近日就盘点了一份CRISPR的不寻常应用列表,清楚地表明了CRISPR基因编辑技术对许多不同行业产生影响的潜力。

1、宠物育种

宠物主人总是热衷于利用最新的技术来帮助陪伴他们的动物。在过去几年中,检测猫、狗健康和品种的基因检测服务激增,CRISPR技术可能很快就会跟着出现。这种基因编辑工具已被提议作为一种方法,来消除大量存在于纯种狗中的遗传性疾病。斑点狗就是一个很好的例子,它们经常携带一种基因突变,使其容易患膀胱结石。

美国的一家宠物狗育种机构已经制定了斑点狗的修复计划,不过在出售基因编辑斑点狗之前,它们必须经过FDA的审查。其他使用CRISPR基因编辑技术进行宠物繁殖的项目还包括创造迷你猪以及定制尺寸、颜色和图案的鲤鱼。

2、无过敏原的食品

食物过敏影响着很大一部分人口,在某些情况下可能危及生命。有了CRISPR技术,就有可能生产出对每个人来说都安全的牛奶、鸡蛋或花生。澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的研究员Tim Doran在一个播客中解释称,“蛋清中有4种蛋白质会引起过敏,目前我们正在重新编写那些被免疫系统识别并引起过敏反应的基因区域。”

此外,来自荷兰的另一个研究小组正在使用CRISPR-Cas9基因编辑技术来修改小麦的DNA,以去除麸质(gluten),使其适合乳糜泻患者。然而,欧盟对在植物中使用CRISPR基因编辑的严格规定可能会使这个项目难以看到曙光,至少在欧洲是这样。

3、DNA“录音机”

来自美国哈佛大学的科学家们利用CRISPR制造了一种叫做CAMERA(照相机)的分子工具——CAMERA是CRISPR介导的模拟多事件记录装置的缩写。该工具可以记录细胞生命周期中的事件,例如对抗生素、营养物质、病毒和光的暴露。

为了实现这一点,CRISPR被编程到细胞中,这样一个特定的DNA编辑只在有信号的情况下进行。通过计算编辑速率,它们甚至可以确定触发器的持续时间和强度。该系统在细菌和人的细胞中都能工作,它可以同时记录多种信号。从长远来看,这些发展可以帮助科学家们检测或追踪可决定干细胞是发育成神经元、肌肉细胞还是其他类型细胞的环境污染物或信号。

4、脱咖啡因的咖啡豆

英国一家名为Tropic Biosciences的公司创造了一种基因编辑的咖啡豆,这种咖啡豆是天然的无咖啡因。采用CRISPR技术,该公司已经能够关闭使咖啡豆产生咖啡因的基因。这一变化对脱咖啡因咖啡豆的风味、营养和成本都有积极的影响。目前,生产脱咖啡因咖啡需要一个昂贵的和侵入性的过程,其中咖啡豆需要浸泡和蒸。

Tropic Biosciences公司首席执行官Gilad Gershon在接受采访时表示,“如果你种植的咖啡豆不含咖啡因,或者一开始就含有较少的咖啡因,那么你就可以得到一种味道更接近普通咖啡的最终产品,并且你可以保持咖啡中天然存在的大量健康化合物。”

5、更绿色的燃料

基因编辑可以提高藻类生物燃料的产量。利用CRISPR-Cas9技术,致力于研究商业化基因组学解决方案以解决全球能源与环境问题的美国生物技术公司Synthetic Genomics已经创造出了能产生两倍脂肪的藻类,然后用于生产生物柴油。特别是,这种基因编辑工具使科学家能够找到并移除限制脂肪产生的基因。

直到现在,藻类还没有产生足够高水平的脂肪,使生物柴油的生产在经济上可行。通过这种基因修饰,研究人员使藻类将二氧化碳转化为生物燃料的效率大幅提高。该公司目前正与石油公司埃克森美孚(ExxonMobil)合作,以实现到2025年每天生产10000桶(barrels:石油计量单位,每桶相当于120-159升)藻类生物燃料的目标。

6、天然自带辣味的番茄

巴西和爱尔兰的科学家们正在利用CRISPR技术创造第一种天然就有辣味的番茄。事实证明,番茄已经携带了许多产生辣椒素的基因,辣椒素是一种使辣椒变得辛辣的化合物。通过CRISPR的调整,研究人员可以给番茄添加上缺失的基因,使它们变得辛辣。

辣椒比较难种植,它们需要非常特殊的条件,而且产生的辣椒素水平也不尽相同,产量也比番茄低得多。有了CRISPR技术,就可以在种植的番茄中产生辣椒素,从而更容易获得辣椒素。研究人员已经创造了第一个番茄和辣椒的混合体,很快我们就可以用它们来制作辣味沙拉。

7、消灭害虫

CRISPR可以帮助我们控制传染病传播或入侵特定生态系统的动物物种的数量。这种基因编辑技术可以用来创造“基因驱动力”,以确保所有后代都能遗传基因修饰,并在动物种群中传播数代。

2018年,英国伦敦帝国理工学院的研究人员证明,这项技术可以用于对付引起疟疾传播的蚊子。他们引进了一种基因,当蚊子的父母都携带该基因时,就能阻止雌性蚊子产卵。在一项笼中蚊子试验中,在引入基因驱动后,一个蚊子群体在经历7代后就灭亡了。

目前,世界各地的研究人员正计划测试一种类似的方法是否有助于对抗对濒危物种岛屿生态系统造成破坏的入侵老鼠,甚至限制澳大利亚野生猫科动物的危害。然而,关于基因驱动的使用是否合乎道德以及是否应该被禁止尚存在争议。

8、培育更快速的赛马

位于阿根廷的生物技术公司Kheiron-Biotech正在编辑赛马的基因组,以创造出更快、更强、更好跳跃性能的赛马。得益于CRISPR,该公司研究人员能够修改肌钙蛋白(一种对肌肉生长至关重要的蛋白质)的基因编码。他们已经生产出了健康的胚胎,预计今年会有第一批基因编辑技术改良的赛马诞生。

在2013年,国际马术运动联合会取消了禁止克隆马才加国际比赛的禁令。从那时起,克隆马就一直在参加和赢得马球等运动项目,而通过基因编辑技术,一些人士希望它们将来能够参加奥运会。

9、更有营养的鱼

目前,在加拿大已经在生产有两倍生长速度的转基因鲑鱼。随着CRISPR基因编辑的出现,科学家们可以向前更进一步。来自挪威的一个研究小组使用CRISPR-Cas9生产无菌鲑鱼,这使它们生长得更好,不容易生病。此外,CRISPR-Cas9技术也能使这些基因编辑鲑鱼在逃离水产养殖设施后阻止其繁殖。

目前,研究人员正在调查可以利用CRISPR技术改良的性状。研究负责人Anna Wargelius表示,“我们有兴趣改良基因,使鱼获得更好的福利,包括抗病性。将来这项技术还可以用来提高鱼的ω-3含量,使其更健康、更有营养。

10、复活已灭绝物种

虽然这个词听起来像是来自科幻小说,但它不是。科学家们已经在努力恢复灭绝的动物。第一个候选动物是候鸽(passenger pigeon),这是一种曾占据美洲天空的鸟类。

利用CRISPR技术,研究人员计划将候鸽的基因引入到它的现代近亲——带尾鸽(band tail pigeon)中。杂交种将被繁殖几代,直到后代的DNA与已灭绝物种的DNA相匹配。第一代“复活”鸽子预计将于2022年孵化。不久之后,也可能利用CRISPR技术复活猛犸象。来自哈佛大学的一个研究小组正致力于把数千年前灭绝的长毛猛犸象复活。(生物谷Bioon.com)

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