盘点2016年令人印象最深刻的技术：两项重要的CRISPR突破

　　

生物通报道：去年“把前浪拍死在沙滩上的那些新技术”引发了不少关注，今年依然有不少新技术吸引我们的眼球，The Scientist杂志总结了几个令人印象深刻的新技术。

前文：盘点2016年令人印象最深刻的五大技术（一）

线粒体替代疗法

2016年迎来了首例所谓“三亲”婴儿的诞生，同时发表的两篇论文也提出去除母亲线粒体DNA中受损突变的新改良方法。其中英国纽卡斯尔大学的研究人员提出了一种更加有效的线粒体替代疗法（mitochondrial replacement therapy, MRT），这将能降低将线粒体DNA（mitochondria DNA, mtDNA）疾病传递给后代的风险。

一般MRT方法是将母体卵母细胞的细胞核转移到供者含有健康线粒体的去核卵母细胞中，随后进行受精。而这项研究的方法是将刚进行过受精的卵子中的精子和卵母细胞的原核——这些原核还没有时间进行融合和形成受精卵进行转移。这种原核转移（pronuclear transfer）更不可能导致染色体数量减少，这是因为基因组是包被在细胞膜中的。

同时通过调整原核转移时间，研究人员发现更早地进行原核转移（在受精大约8小时后）导致体外受精卵更有效地存活。改变某些转移条件---在卵母细胞去核期间不添加蔗糖和使用冻存的而不是新鲜的病人卵母细胞---导致将近50%的样品在胚泡中没有检测到有缺陷的线粒体。在产生的所有有三个生父母的受精卵中，共有79%的受精卵在核转移后残留不到2%发生突变的线粒体。

来自加州大学戴维斯分校的干细胞研究人员Paul Knoepfler 表示，“论文作者优化了原核转移的过程，使得体外转移不再是问题。现在的关键问题在于，临床上如何将确保这些小的线粒体运送物能安全到达。”

另外一个方法则是减数分裂纺锤体核移植技术（meiotic spindle transfer），纺锤体核移植技术是线粒体置换疗法的一种，主要是把母亲卵细胞的细胞核（或纺锤体）移植到剥离了核的供体卵细胞中。然而，移植过程可能带入少量母亲的突变线粒体DNA。这些DNA会在胚胎发育过程中快速复制，仍旧能够导致线粒体疾病。

今年俄勒冈健康与科学大学胚胎细胞和基因治疗中心的Shoukhrat Mitalipov研究组从携带线粒体突变的卵细胞提取纺锤体，转移进36个剥离了细胞核的供体卵细胞，使其受精并培养出囊胚和胚胎干细胞。研究显示，供体的健康线粒体DNA在绝大多数细胞中占优势。但少数干细胞在生长过程中逐渐恢复了母本线粒体DNA。

研究人员对mtDNA上起始复制的D-loop进行研究，鉴定了使母本mtDNA优先复制的DNA编码多态性。他们还发现，一些母本的mtDNA单倍型会给宿主细胞带来更快的生长优势。为了避免突变线粒体卷土重来，研究人员提出了母本和供体的mtDNA配对标准。

与众不同的CRISPR新系统

CRISPR技术越来越火，今年取得了一系列的成果拓展了其应用范围。首先4月，哈佛大学的研究人员构建出了一种新型的“碱基编辑器”，其能够在人类和小鼠细胞系中以低出错率永久及高效地将胞嘧啶(C)转换为尿嘧啶(U)碱基。

此前CRISPR/Cas9基因组编辑方法一直依赖于称作为同源介导修复(Homology-directed repair, HDR)的细胞机制，DNA双链断裂可以触发HDR。研究人员提供给细胞一个包含所需序列的模板，用Cas9酶造成靶向双链断裂，随后等待看HDR是否能够整合进这一模板重新连接DNA链。不幸地是，这种方法低效，且往往会以随机核苷酸插入或缺失形式在断裂点周围导入一些新的错误，使得它无法适用于治疗纠正点突变。

因此哈佛大学化学家和化学生物学家David Liu领导研究人员尝试了一种不同的方法：通过改造Cas9，欺骗细胞偏向它通常不喜欢的信号通路。由于这种方法当前只能将C-G转换为U-A碱基对，及在某些情况下编辑邻近靶点的其他C碱基，它肯定不是万能的。这意味着你现在无法治愈所有的遗传病。但有可能相当多的遗传病可纳入这一范畴。

之后，8月，日本的一研究组又创建了一种改进的CRISPR/Cas9工具，它能够避免生成有害的双链断裂，减少采用CRISPR/Cas9技术可能引入的附加突变，且不需要添加DNA模板。

他们将一种无法切割双链DNA的无核酸酶活性的Cas9版本，或可生成一个缺口（单链断裂）的一种切口酶Cas9，与来自七鳃鳗的激活诱导胞苷脱氨酶(AID)融合在一起。AID酶通常会在免疫球蛋白和抗体基因中生成突变，造成免疫系统多样性。AID对单链DNA起作用，将胞嘧啶(C)替换为尿嘧啶(U)，在下一轮的DNA复制过程中U再转变为胸腺嘧啶(T)。

这一基因编辑复合物也在哺乳动物细胞系中很好地起作用，生成了相对较少的脱靶突变。在酵母中，相比表达标准CRISPR/Cas9系统的细胞，表达任一版本的DNA编辑复合物都可导致更好的生长，表明新工具也具有较小的毒性。Science发布创新性CRISPR/Cas9技术

抗生素新平台

今年，哈佛大学的Andrew Myers等人设计了一种可以从简单化学组件中合成新型大环内酯类抗生素的新方法，利用这种方法，他们合成了超过300种新型抗生素候选物，其中几种能有效对抗目前所知的最顽固的耐药性菌株。

研究人员在不同的细菌，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA) 和耐万古霉素肠球菌 (VRE) 中评估了这些新合成的化合物。结果发现，大多数化合物能有效对抗普通肺炎细菌，其中一些也相比于已获批的针对MRSA和VRE等的高耐药性菌株更具有潜力，比如一种合成的化合物： FSM-100573 ，对于革兰阴性菌格外有效，而这种细菌一般来说很少能受到大环内酯类抗生素的牵制。最新Nature报道一种全新抗生素平台

（生物通：万纹）

参考文献：

D. Dong et al., “The crystal structure of Cpf1 in complex with CRISPR RNA,” Nature, doi:10.1038/nature17944, 2016.

I. Fonfara et al., “The CRISPR-associated DNA-cleaving enzyme Cpf1 also processes precursor CRISPR RNA,” Nature, doi:10.1038/nature17945, 2016.

A.C. Komor et al., “Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage,” Nature, doi:10.1038/nature17946, 2016.

K. Nishida et al., “Targeted nucleotide editing using hybrid prokaryotic and vertebrate adaptive immune systems,” Science, doi:10.1126/science.aaf8729, 2016.

I. Seiple et al., “A platform for the discovery of new macrolide antibiotics,” Nature, doi:10.1038/nature17967, 2016.