扩大CRISPR/Cas系统的靶标范围

　　

   

   

巴兹尔·哈伯德教授

多伦多大学(University of Toronto)的研究人员创造了一种基因组编辑技术，允许目标DNA的微小变化，但保留了局部特异性，这可能有助于实现基于CRISPR/Cas的基因治疗和病原体诊断的潜力。

科学家对当前的CRISPR/Cas系统进行编程，以识别和剪切精确的DNA序列，以避免诸如剪切错误的序列或鼓励不必要的突变等影响。但这种特异性使得系统很难识别特定DNA序列的常见变异，这在一定程度上限制了它们的应用。

这项研究的首席研究员巴兹尔·哈伯德(Basil Hubbard)说:“为了使CRISPR/Cas系统更具体，我们做了很多工作。但对于某些特定的应用，这些系统也需要更灵活的目标，我们的研究显示了一种可能的方法来满足这种需求。”

《自然通讯》杂志最近发表了这一发现。

CRISPR-Cas系统包含两个主要分子:一个CRISPR guide-RNA，它包含核苷酸碱基对(腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶的各种组合)，引导系统找到互补的DNA片段;以及一种Cas酶，它可以切割DNA，以便操纵其他遗传密码。

这种新方法用通用碱基代替构成CRISPR guide-RNA的四个碱基中的一个或多个。

“它的作用就像数字搜索中的星号或通配符，在我们预计会有变化或没有数据的领域，”哈伯德说。“有了治疗方法，我们可以针对同一基因在人与人之间的常见变异，比如单核苷酸多态性。在诊断方面，我们可以检测到同一病原体的多种进化变体。”

实验性的CRISPR疗法已经显示出消除遗传疾病的潜力，包括镰状细胞性贫血和肌肉营养不良。但根据一些研究，由于个体之间的自然基因变异，这些疗法并不总是有效。

哈伯德说，他的团队的方法可以帮助解决这个问题，但目前它在体外的效果最好，需要在细胞环境中运行得更快，也许需要重新设计的Cas酶。

该技术在诊断领域具有广阔的应用前景。哈伯德的实验室在八种艾滋病毒变体中测试了该系统的功能，每种变体对当前的抗病毒药物有不同的耐药性。没有通用碱基的标准指导rna只能检测到8种变体中的3种，而只有3种通用碱基替换的系统则能发现所有8种变体。

“病原体之间存在着巨大的多样性，尤其是病毒和细菌，它们进化得非常快，”哈伯德说。“该系统在检测这种变异方面工作得非常好，我们认为它可能在临床条件中有用。”

哈伯德在致力于使CRISPR/Cas系统更具体的同时，提出了使用通用碱基的想法。他当时在阿尔伯塔大学(University of Alberta)的实验室表明，将合成的或“异种”核酸插入引导RNA可以显著减少CRISPR/Cas9的脱靶基因编辑。

去除不正确基因的脱靶效应可能会对病人的健康造成不利影响，包括癌症的发展。

“我们目前的研究为我们定制CRISPR特异性提供了更多的选择，”哈伯德说。“重要的是，这个系统的特异性只在我们加入通用碱基的区域被破坏，而在序列的其他区域被保留，从而将偏离目标的影响降到最低。”

哈伯德的实验室已经就这项技术申请了专利，并正在寻求与一家专门从事CRISPR诊断的公司合作。他希望该系统将有助于提供一种快速、准确和经济的方式来诊断包括COVID-19在内的几种疾病。

Guide RNAs containing universal bases enable Cas9/Cas12a recognition of polymorphic sequences