CRISPR生物信息学研究成果不断涌现

【字体: 时间:2015年09月22日 来源:生物通

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  与其他功能缺失的筛选技术(如RNAi)相比,全基因组CRISPR/Cas9敲除技术显示出更大的希望,因为它能够在DNA水平敲除基因。然而,这些筛选所产生的数据,给计算分析提出了很大挑战。因此,研究人员针对CRISPR/Cas9开展了诸多的生物信息学研究,最近也相继取得了一系列进展。

  

生物通报道:用RNA指导的CRISPR-Cas9系统的动物和植物基因组工程,正在改变着生物学。与其他基因工程工具相比,这种技术更容易使用,并且更有效,因此,在其发现后的短短几年内,就已经被广泛应用于世界各地的实验室。

与其他功能缺失的筛选技术(如RNAi)相比,全基因组CRISPR/Cas9敲除技术显示出更大的希望,因为它能够在DNA水平敲除基因。然而,这些筛选所产生的数据,给计算分析提出了很大挑战。因此,研究人员针对CRISPR/Cas9开展了诸多的生物信息学研究,最近也相继取得了一系列进展。

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2014年12月5日,华人女学者、哈佛大学公共卫生学院Dana-Farber癌症研究所刘小乐(X Shirley Liu)博士带领的研究小组,在国际著名学术期刊《Genome Biology》发表的一项研究中,开发出一种统计方法,被称为基于模型的全基因组CRISPR/Cas9敲除分析(MAGeCK),来确定来自于CRISPR/Cas9筛选的必需sgRNA、基因和通路。与现有计算方法相比,MAGeCK的优势在于,它能控制错误发现率,而且它具有很高的灵敏度。MAGeCK的结果也对不同的测序深度和每个基因的sgRNA数目,有很强的稳健性。此外,使用公共CRISPR/Cas9敲除筛选文库,研究人员证明,MAGeCK能够同时进行阳性和阴性选择筛选,并确定具有生物学意义及细胞类型特异性的必需基因和通路。相关阅读:刘小乐等:分析CRISPR/Cas9敲除的新算法

由于20个核苷酸长度的序列可以多次出现在一个给定的基因组中,CRISPR/Cas9复合体可能就会接受一些错配,因此,对靶位点进行高效而可靠的电脑模拟选择和评估,是实验成功的一个关键前提。为此,德国海德堡大学的科学家提出了一种CRISPR/Cas9打靶在线预测工具(CCTop, http://crispr.cos.uni-heidelberg.de),以克服现有工具所存在的局限性。相关研究结果发表在2015年四月二十四日的国际著名学术期刊《PLOS ONE》。相关阅读:新型CRISPR/Cas9打靶预测工具

应用CRISPR/Cas9系统的基因组编辑和基因调控,需要设计高效、特异的单向导RNA(sgRNA)。然而,这仍然是具有挑战性的,因为它需要考虑许多标准。已有研究开发出了一些sgRNA设计工具用于基因编辑,但是目前还没有设计出用于基因调控的sgRNA设计工具。七月二十三日,清华大学自动化系的汪小我和美国斯坦福大学的Lei S Qi博士带领的研究小组,在国际权威杂志《Bioinformatics》发表一项研究,解决了这个问题。随着越来越多使用CRISPR/Cas9进行基因编辑和调控的实验数据,该研究小组根据这些已发表的研究总结的一套sgRNA设计规则,开发出了一种综合性的计算工具。他们报道了一种全基因组sgRNA设计工具,并提供了一个在线网站,用于预测高效而特异的sgRNA。他们将这一工具命名为CRISPR-ERA,可用于CRISPR介导的基因编辑、抑制和激活。相关阅读:清华汪小我等人开发CRISPR sgRNA设计工具

九月六日,来自韩国汉阳大学等处的研究人员在国际权威学术期刊《Bioinformatics》发表题为“Cas-Designer: A web-based tool for choice of CRISPR-Cas9 target sites”的学术论文。在这项研究中,研究人员提出了一种用户友好界面的程序——Cas-Designer,来帮助研究人员在感兴趣的基因中寻找合适的靶位点,用于II型CRISPR/Cas衍生的RNA引导核酸内切酶(RGENs),这种酶现在被广泛用于生物医学研究和生物技术。Cas-Designer可为一段给定的输入DNA序列,迅速提供所有可能的引导RNA序列,以及它们可能的脱靶位点,包括精选基因组中的膨胀型位点。此外,这个程序可给每一个靶位点分配一个失帧得分,以帮助用户选择合适的位点用于基因敲除。Cas-Designer将结果展示在一个交互式表格中,并提供了用户友好的过滤功能。Cas-Designer程序可在http://rgenome.net/cas-designer/免费使用。

(生物通:王英)

生物通推荐原文:
MAGeCK enables robust identification of essential genes from genome-scale CRISPR/Cas9 knockout screens. Genome Biol. 2014;15(12):554.

CCTop: An Intuitive, Flexible and Reliable CRISPR/Cas9 Target Prediction Tool. PLoS One. 2015 Apr 24;10(4):e0124633. doi: 10.1371/journal.pone.0124633. eCollection 2015.

CRISPR-ERA: a comprehensive design tool for CRISPR-mediated gene editing, repression and activation. Bioinformatics. 2015 Jul 23. pii: btv423.

Cas-Designer: A web-based tool for choice of CRISPR-Cas9 target sites. Bioinformatics (2015)
doi: 10.1093/bioinformatics/btv537. First published online: September 10, 2015


 

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