《Cell》发表革命性基因组工程技术成果

　　

生物通报道  Whitehead研究所的创始人Rudolf Jaenisch，曾在1974年成功构建出第一只转基因小鼠，由此改变了遗传学的研究模式。近日他在《细胞》（Cell）杂志上发表的一项新研究成果，将再次彻底改变遗传工程动物模型的构建方式，甚至有可能重新定义哪些物种可作为模式生物。

Jaenisch 说：“这种新方法颠覆了游戏的规则。我们现在可以在3-4周的时间内构建出携带5种突变的小鼠，而采用传统的方法这需要3-4年的时间。并且这种方法相当的简单，甚至比传统的方法还要简单得多。”

科学家们通过改变与特定疾病相关的特异基因，构建出小鼠模型。利用这种模型，科学家们可以研究疾病的发展和进程，以及各种遗传和化学干预所产生的影响。在过去的20年里，构建这种模型的方法相对没有发生什么改变：即科学家们将一段DNA插入到小鼠胚胎干（ES）细胞中，然后将修饰细胞注入到称作为胚泡（blastocyst）的极早期胚胎中，再将发育中的胚胎移植到代孕雌鼠体内。整个过程需要花费数年时间及数万美元才能构建出一种单拷贝基因“敲除”小鼠品系。且这样的基因敲除只能在极少数的物种中完成，其中包括小鼠和大鼠，这是因为它们的ES细胞可以进行可靠地培养和基因修饰。

Jaenisch实验室的科学家们所采用的这种新方法，可以绕过ES细胞，快速有效地生成多个基因双拷贝均有突变的小鼠。在这篇新的Cell文章中，Haoyi Wang、Hui Yang和Chikdu Shivalila描述了他们的新技术，它是以某些细菌利用来抵御病毒攻击的一种系统为基础。

这是第一次利用这种称作CRISPR/ Cas的系统，在一个多细胞生物体内改变多个基因。Shivalila说这一过程操作非常简单，他预计其他的实验室将能够迅速地采用它。

Shivalila 说：“由于其更快速且高效，我们认为对于任何具有核心设施的机构或大学，这将成为他们着手构建携带特异突变小鼠的一种方法。我们惊讶地发现，我们能够非常非常有效地（效率大约为80%）在4个位点‘敲除’两个基因。而如果我们使用TALENs，只敲除一个基因，其效率大约为30%。”

ES细胞是传统方法生成模型的一个限制条件，而CRISPR/Cas技术甚至不需使用ES细胞，就可以生成突变小鼠。这或许可使得遗传学研究不再局限于具有ES细胞的有限模式生物。

Haoyi Wang说：“这打破了对模式生物的定义。因此现在，即使只有有限的资源，通过确立的胚胎操控程序，任何动物都可以成为基因组工程受试者。利用大量的测序动物基因组，我们可以采用这一技术在更多的物种中建立有效的遗传操作，研究每种物种独特的生物学，更多地了解生物进化。”

尽管该研究小组还只利用CRISPR/Cas构成出小鼠模型，他们对于将其扩展应用于其他的动物也非常的该兴趣。

Hui Yang 说：“我们还需要了解CRISPR/Cas系统是否存在任何意外的，不希望存在的脱靶效应，导致基因组发生我们不希望看到的改变。因此，我们还需要开展研究进一步确定这一系统的精确性。我认为这将是一段要走的路。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

One-Step Generation of Mice Carrying Mutations in Multiple Genes by CRISPR/Cas-Mediated Genome Engineering

Mice carrying mutations in multiple genes are traditionally generated by sequential recombination in embryonic stem cells and/or time-consuming intercrossing of mice with a single mutation. The CRISPR/Cas system has been adapted as an efficient gene-targeting technology with the potential for multiplexed genome editing. We demonstrate that CRISPR/Cas-mediated gene editing allows the simultaneous disruption of five genes (Tet1, 2, 3, Sry, Uty - 8 alleles) in mouse embryonic stem (ES) cells with high efficiency. Coinjection of Cas9 mRNA and single-guide RNAs (sgRNAs) targeting Tet1 and Tet2 into zygotes generated mice with biallelic mutations in both genes with an efficiency of 80%. Finally, we show that coinjection of Cas9 mRNA/sgRNAs with mutant oligos generated precise point mutations simultaneously in two target genes. Thus, the CRISPR/Cas system allows the one-step generation of animals carrying mutations in multiple genes, an approach that will greatly accelerate the in vivo study of functionally redundant genes and of epistatic gene interactions.