基于CRISPR的新技术可以加速识别与健康和疾病相关的基因

通过MIC-Drop技术，研究人员可以有效地利用CRISPR基因编辑系统，在一次实验中快速评估数百个基因的功能。这一进展标志着首次在任何动物模型中使用获得诺贝尔奖的稳健CRISPR系统进行筛选。利用这项新技术，研究人员筛选了188个特征不明显的基因，发现其中几个基因对心脏的健康发育和功能至关重要。研究方法和研究结果发表在《科学》杂志上。

　　

   

   

MIC-Drop是一种基于crispr的新技术，可以快速有效地筛选斑马鱼体内数百个基因的功能，以更好地了解人类健康和疾病。一根充满MIC-Drops(彩色水滴)的玻璃针被用来注射受精的斑马鱼卵(半透明的球体)。MIC-Drops被染成不同的颜色，便于可视化。MIC-Drops的体积是十亿分之一升，每一个都含有条形码和破坏单个基因所需的材料。

资料来源:James Herron, Saba Parvez

斑马鱼是一种小型、快速生长的生物，与人类有许多相同的基因，它对许多生物学家来说是重要的工具，他们发现斑马鱼非常适合研究广泛的问题，从生物体如何发育到神经系统如何驱动行为。现在，犹他大学的科学家开发了一项名为MIC-Drop的新技术，这种鱼将更适合大规模的基因研究。

MIC-Drop的开发是由化学生物学家Randall Peterson博士领导的，他是U大学健康学院药学院的院长，它使研究人员能够有效地将CRISPR基因编辑系统部署到斑马鱼中，在单个实验中快速评估数百个基因的功能。这一进展标志着首次在任何动物模型中使用获得诺贝尔奖的CRISPR技术进行筛选。彼得森的团队已经使用MIC-Drop技术确定了几个对心脏健康发育和功能至关重要的基因。他们的方法和发现于2021年8月19日发表在《科学》杂志上。

CRISPR系统是一种修改DNA的可编程方法。为了使用它，研究人员将一种dna切割酶(通常是一种叫做Cas9的酶)引入细胞，伴随着一种RNA向导，告诉酶在哪里切割。这可能是修改基因序列的第一步，或者只是关闭基因。

这种方法使斑马鱼和其他实验室生物的基因编辑变得更快、更便宜、更精确——但彼得森说，一次研究几个以上的基因很难扩大规模。为了使斑马鱼胚胎中的单个基因失活，研究人员准备了一种靶向该基因的引导RNA，然后将其与Cas9酶混合，将溶液装入针头，并将仔细校准的溶液体积注射到胚胎中。如果他们想在不同的胚胎中灭活不同的基因，他们必须在新的针上装载新的Cas9/guide RNA溶液。彼得森说:“这一过程一直专注于单个基因或一次单个修饰。”“所以如果你想做100个基因，那就需要100倍的工作量。”

MIC-Drop是多路混合CRISPR液滴的缩写，它通过将CRISPR系统的组成部分打包成微小的油包液滴来解决这个问题，这些油包液滴可以在不混合其内容的情况下混合在一起。为了用MIC-Drop建立许多基因的筛选，研究人员首先创建了一个指南rna库。每个引导RNA和Cas9酶一起被包装在自己的液滴中。为了跟踪目标基因，每一滴液滴都有一个DNA条形码来识别其内容。

研究小组对液滴的化学成分进行了微调，以确保它们保持稳定和离散，因此，针对不同基因设计的液滴可以混合在一起，并装载到同一根针中。在显微镜下，MIC-Drop的使用者将单个液滴注入斑马鱼胚胎，然后转向下一个胚胎并注入下一个液滴。这个过程可以重复数百次，将单个CRISPR成分包传送到每个胚胎，因此在每个胚胎中，该系统会使单个基因失活。然后就由研究人员来监测动物的潜在影响了。

博士后研究员Saba Parvez博士开发并优化了MIC-Drop的包装技术和条形码系统，他说，以前，在斑马鱼身上建立数百个基因的CRISPR筛选需要一个研究团队许多天，需要数百根针。他说:“现在你可以简化这个过程，让一个用户在几个小时内完成。”

为了证明MIC-Drop的潜力，Parvez和他的同事们与U of U Health的同事H. Joseph Yost博士、哈佛医学院的Calum MacRae博士、马萨诸塞州总医院的jingruey Joanna Yeh博士合作，测试了188种不同的斑马鱼基因在心脏发育中的潜在作用。在创造了针对这些基因的引导rna并将CRISPR系统引入数百个鱼胚胎后，他们发现了几种在成熟过程中出现心脏缺陷的动物。利用这些鱼的DNA条形码，研究小组能够将这些缺陷追溯到13种不同的失活基因。由于斑马鱼和人类基因的相似性，这一发现可能指向人类心脏发育中此前未知的方面。

彼得森和帕尔韦兹渴望看到MIC-Drop应用于其他实验室，他们说188个基因筛查只是一个开始。“最终，人们希望能够进行基因组规模的筛查，”Peterson说。“我认为，有了这项技术，这种规模实际上是可以想象的。”

原文检索：

MIC-Drop: A platform for large-scale in vivo CRISPR screens