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遗传学大师George Church的“疯狂尝试”:对细胞进行了超13,000次的CRISPR编辑

2019-10-28来源:炊烟美食
遗传学大师George Church的“疯狂尝试”:对细胞进行了超13,000次的CRISPR编辑

最初,CRISPR只是细菌体内的一个“免疫机制”,用于防御入侵病毒和外源DNA。随着研究深入,CRISPR被科学家们“化为己用”,基于此实现了基因删除、插入、激活、大片段以及染色体敲除等可能。如今,CRISPR已经成为纠正突变基因、解决器官异种移植关键难题、治疗疑难杂症等领域的热门技术。

现在,由哈佛大学的遗传学教授乔治•丘奇(George Church)领导的研究团队利用“魔剪”技术对细胞进行了13,200次基因改造,创下了基因编辑领域的一项记录。

他们希望,以更大规模重写基因组,这最终可能会导致物种被“重新设计”。

大规模基因编辑

这种大规模的基因编辑之前已有研究团队尝试过。2017年,由Paul Thomas带领的一个澳大利亚团队使用CRISPR对小鼠的Y染色体进行了编辑,并成功将其整个删除了。这一策略被认为是唐氏综合征的潜在治疗方法。

因为CRISPR会切开DNA双螺旋结构,一次进行太多编辑会杀死细胞,这限制了过去大规模编辑的尝试。来自澳大利亚昆士兰大学的Geoff Faulkner团队曾在2016年尝试敲除500个小鼠胚胎中的LINE片段,以此确定这一编辑对小鼠发育和行为的影响。但是,并没有小鼠存活下来。

George Church团队的新尝试

为了打破新的基因编辑记录,哈佛团队将CRISPR“瞄准”一段DNA序列:LINE-1,一种遍布人体基因组的重复片段,可以自我复制,约占基因组的17%。

为了避免细胞死亡的问题,哈佛团队改版了传统的CRISPR,研发了一套单碱基编辑技术——dead-Cas9 base editor(dBEs),可以避免切割DNA,而是用一个碱基替换另一个,例如将C转换为T。最终,他们可以在细胞内编辑超13000次,且不会杀死细胞。这项研究成果于3月发表在预印本杂志bioRxiv。

遗传学大师George Church的“疯狂尝试”:对细胞进行了超13,000次的CRISPR编辑

学界观点

有学者认为,这项工作提供了一种方法进行试验且不会导致全基因组不稳定。但是也有人持怀疑态度,他们认为这项工作并不足以“启动”大规模基因组编辑。澳大利亚国立大学的Gaetan Burgio称,该技术宣称的对物种进行重新设计系“夸大其词”。

然而,George Church认为,大规模基因编辑是“清理基因组”(去除其中垃圾)的一种方法。2015年,他实验室清除了猪基因组中潜伏的62份逆转录病毒遗传物质。这些病毒会被重新激活,这对于“器官异种移植”而言是一个大隐患。当时研究团队使用的是一种“不朽”的猪肾脏细胞(可以在培养皿中无限地生存和分化)。

同年,他和学生杨璐菡共同创办了一家生物技术公司eGenesis,计划利用CRISPR技术来实现猪异种器官移植到人体。2017年,他们成功在活体猪身上证实了这一可行性,收获世界首批内源性逆转录病毒基因失活的幼猪。相关研究成果发表在《Science》期刊。

George Church表示,他的最终目标是创建人体基因组已经被修改过的器官和组织,能够对所有病毒都免疫。这一过程被称为“重新编码”(recoding),将涉及约9811个精准的基因修饰。目前,George Church实验室已经开始了相关工作,在实验室对他自己的细胞进行重新编码。

End

参考资料:

1)Enabling large-scale genome editing by reducing DNA nicking

2)Genome engineers made more than 13,000 CRISPR edits in a single cell

3)杨璐菡团队Science发文:CRISPR编辑猪,突破异种移植难题!

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