两篇Science文章开创基因组编辑新时代

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2013年01月06日 来源:生物通

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  1月3日Science杂志在线版公布了两项最新研究成果,指出利用来自原核细胞免疫系统的酶和RNA也许能开创出全新的,更简便更安全的哺乳动物细胞(包括人类细胞)基因组编辑新方法。

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生物通报道:1月3日Science杂志在线版公布了两项最新研究成果,指出利用来自原核细胞免疫系统的酶和RNA也许能开创出全新的,更简便更安全的哺乳动物细胞(包括人类细胞)基因组编辑新方法。

在这两篇文章中,这两个研究组分别报告了称为规律成簇间隔短回文重复(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPRs),这是一类广泛分布于细菌和古菌基因组中的重复结构。研究表明,CRISPR与一系列相关蛋白、前导序列一起,能为原核生物提供对抗噬菌体等外源基因的获得性免疫能力。

这种结构的作用机理可能与真核生物的RNA干扰过程类似,最早于1987年在大肠杆菌(Escherichia coli)K12的iap基因侧翼序列中被发现。来自麻省理工学院和哈佛大学的研究团队则利用产脓链球菌(Streptococcus pyogenes)和嗜热链球菌(Streptococcus thermophiles)中的CRISPR酶和RNA,在小鼠和人类细胞的DNA中进行了插入,切割,修复,和编辑。


(利用CRISPR/Cas进行基因组工程,图中不同颜色的剪刀代表着不同的Cas9酶)

其中一项研究的领先科学家,MIT化学与生物工程学家Feng Zhang表示,“(CRISPR)系统即使在从细菌细胞中取出酶和RNA,然后再插入到哺乳动物细胞中之后,依然能如此有效的工作,这令人惊讶。”

在他们的论文中,Zhang和他的同事利用细菌RNA,引导Cas9核酸酶在小鼠和人类基因组的特定基因位点上进行切割,完成了精确的目标链断裂。而在另外一篇文章中,哈佛大学的遗传学家George Church 和他的同事则利用CRISPR方法,成功编辑了几种不同的人类细胞系的基因组,其中包括诱导多能干细胞iPS。

Cas9核酸酶是去年由美国Lawrence Berkeley国家实验室的研究人员发现的,他们也认识到这种酶具有潜在的基因组编辑作用。但这两篇最新论文则是首次证明了Cas9 核酸酶确实能用于编辑哺乳动物细胞基因组。

基于这些最新研究成果,Zhang认为CRISPR比较于其它基因组工程技术,比如锌指核酸酶 (ZFNs) 或转录激活因子样效应物核酸酶(TALENS),具有极大的优势,他表示,“CRISPR更易于操作,也具有更强的扩展性”。

此外,CRISPR还可以同时针对同一细胞中的多个位点进行研究,这对于ZFNs和TALENS两个技术而言难以实现。这种功能在针对多疾病关联突变的研究上,也许能发挥重要作用,多疾病关联突变是通过多个共同作用,引发疾病,而不是单个起作用。“为了鉴别突变的因果关系,我们必须同时进行基因组中多个突变的研究,”Zhang说。

最后CRISPR 系统还有可能成为替代目前基因组工程方法的一种更安全,毒性较低的新方法。Zhang的研究组研发出了一种Cas9的突变版本,这种新Cas9能打开DNA缺口,而不是导致双链断裂。由于修复断裂的诱变过程不太可能修复缺口,因此CRISPR基因组编辑方法也许能适用于临床治疗。

(生物通:张迪)

参考文献:

1. Cong, L. et al. 2013. Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science Express. 03 Jan. pp 1-7.

2. Mali, P. et al. 2013. RNA-guided human genome engineering via Cas9. Science Express. 03 Jan. pp. 1-5.

3. Jinek M., K. Chylinski, I. Fonfara, M. Hauer, J.A. Doudna, and E. Charpentier E. 2012. A Programmable Dual RNA-guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial. Science. [Epub ahead of print, June 28, 2012] 
 

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