<p>在CRISPR基因編輯系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，麻省理工學(xué)院的研究人員設(shè)計(jì)了一種新的工具，可以以一種更安全、更有效的方式，剪掉有缺陷的基因，并用新基因替換它們。</p> <p>&nbsp;</p> <p>使用這個(gè)系統(tǒng)，研究人員表明他們可以將多達(dá)36000個(gè)DNA堿基對(duì)的基因傳遞到幾種類型的人類細(xì)胞，以及老鼠的肝細(xì)胞。這種被稱為PASTE的新技術(shù)有望用于治療由大量突變的缺陷基因引起的疾病，如囊性纖維化。</p> <p>&nbsp;</p> <p>麻省理工學(xué)院麥戈文大腦研究所的麥戈文研究員奧馬爾&middot;阿布達(dá)耶說(shuō):&ldquo;這是一種新的基因方法，可以潛在地針對(duì)這些很難治療的疾病。&rdquo;&ldquo;我們希望朝著基因療法最初應(yīng)該做的方向努力，那就是替換基因，而不僅僅是糾正個(gè)體突變。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這種新工具結(jié)合了對(duì)CRISPR-Cas9(一組最初來(lái)源于細(xì)菌防御系統(tǒng)的分子)和一種被稱為整合酶的酶的精確靶向，病毒利用這種酶將自己的遺傳物質(zhì)插入細(xì)菌基因組。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;就像CRISPR一樣，這些整合酶來(lái)自于細(xì)菌和感染它們的病毒之間持續(xù)的戰(zhàn)斗，&rdquo;麥戈文研究員喬納森&middot;古滕伯格說(shuō)。&ldquo;這說(shuō)明了我們?nèi)绾螐倪@些自然系統(tǒng)中不斷發(fā)現(xiàn)大量有趣和有用的新工具。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Gootenberg和Abudayyeh是這項(xiàng)新研究的資深作者，今天發(fā)表在《自然生物技術(shù)》上。這項(xiàng)研究的主要作者是麻省理工學(xué)院的技術(shù)人員馬修&middot;亞納爾和羅漢&middot;克拉耶斯基，前麻省理工學(xué)院研究生埃莉奧諾拉&middot;約阿尼迪和麻省理工學(xué)院研究生西亞&middot;施密特-烏爾姆斯。</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">DNA插入</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p>CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)由一種名為Cas9的dna切割酶和一條短RNA鏈組成，短RNA鏈引導(dǎo)這種酶到達(dá)基因組的特定區(qū)域，指導(dǎo)Cas9在哪里切割。當(dāng)Cas9和靶向疾病基因的引導(dǎo)RNA被傳遞到細(xì)胞中時(shí)，基因組中會(huì)有一個(gè)特定的切口，細(xì)胞的DNA修復(fù)過(guò)程會(huì)將切口粘合在一起，通常會(huì)刪除基因組的一小部分。</p> <p>&nbsp;</p> <p>如果DNA模板也被傳遞，細(xì)胞可以在修復(fù)過(guò)程中將一個(gè)修正的拷貝合并到它們的基因組中。然而，這一過(guò)程需要細(xì)胞在DNA中進(jìn)行雙鏈斷裂，這可能導(dǎo)致對(duì)細(xì)胞有害的染色體缺失或重排。另一個(gè)限制是它只在分裂的細(xì)胞中起作用，因?yàn)槲捶至训募?xì)胞沒有活躍的DNA修復(fù)過(guò)程。</p> <p>&nbsp;</p> <p>麻省理工學(xué)院的研究小組想要開發(fā)一種工具，可以在不引起任何雙鏈DNA斷裂的情況下，切割出有缺陷的基因，并用新的基因替換它。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們求助于一種叫做整合酶的酶家族，這種酶被稱為噬菌體的病毒用來(lái)插入細(xì)菌基因組。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在這項(xiàng)研究中，研究人員專注于絲氨酸整合酶，它可以插入巨大的DNA塊，大到5萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)。這些酶的目標(biāo)是被稱為附著位點(diǎn)的特定基因組序列，它起著&ldquo;著陸墊&rdquo;的作用。當(dāng)它們?cè)谒拗骰蚪M中找到正確的著陸點(diǎn)時(shí)，就會(huì)與之結(jié)合，整合它們的DNA負(fù)載。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在過(guò)去的工作中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)開發(fā)這些酶用于人類治療是很有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)橹憠|非常特定，很難對(duì)整合酶進(jìn)行重編程以定位其他位點(diǎn)。麻省理工學(xué)院的研究小組意識(shí)到，將這些酶與插入正確著落位點(diǎn)的CRISPR-Cas9系統(tǒng)結(jié)合，將使強(qiáng)大的插入系統(tǒng)容易重新編程。</p> <p>&nbsp;</p> <p>新的工具，PASTE(可編程添加通過(guò)位點(diǎn)特異性靶向元件)，包括一種Cas9酶，在與該位點(diǎn)結(jié)合的RNA鏈的引導(dǎo)下，切割特定的基因組位點(diǎn)。這使得他們可以針對(duì)基因組中的任何位置插入登陸位點(diǎn)，登陸位點(diǎn)包含46個(gè)DNA堿基對(duì)。這種插入可以在不引入任何雙鏈斷裂的情況下完成，首先通過(guò)融合的逆轉(zhuǎn)錄酶添加一條DNA鏈，然后是它的互補(bǔ)鏈。</p> <p>&nbsp;</p> <p>一旦登陸位點(diǎn)被整合，整合酶就會(huì)出現(xiàn)并將其更大的DNA負(fù)載插入到該位點(diǎn)的基因組中。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們認(rèn)為這是實(shí)現(xiàn)可編程DNA插入夢(mèng)想的一大步，&rdquo;Gootenberg說(shuō)。&ldquo;這種技術(shù)可以很容易地根據(jù)我們想要整合的網(wǎng)站和貨物進(jìn)行定制。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">基因替換</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p>在這項(xiàng)研究中，研究人員表明，他們可以使用PASTE將基因插入幾種類型的人類細(xì)胞，包括肝細(xì)胞、T細(xì)胞和淋巴母細(xì)胞(未成熟的白細(xì)胞)。他們用13個(gè)不同的有效載荷基因測(cè)試了這個(gè)傳遞系統(tǒng)，其中包括一些可能具有治療價(jià)值的基因，并能夠?qū)⑺鼈儾迦牖蚪M的9個(gè)不同位置。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在這些細(xì)胞中，研究人員能夠以5%到60%的成功率插入基因。這種方法在基因整合的位點(diǎn)上也產(chǎn)生了很少的不需要的&ldquo;內(nèi)嵌&rdquo;(插入或刪除)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Abudayyeh說(shuō):&ldquo;我們看到很少的內(nèi)鏈，因?yàn)槲覀儧]有雙鏈斷裂，你不必?fù)?dān)心染色體重排或大規(guī)模的染色體臂缺失。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員還證明，他們可以在&ldquo;人性化&rdquo;的小鼠肝臟中插入基因。這些小鼠的肝臟由大約70%的人類肝細(xì)胞組成，而PASTE成功地將新基因整合到這些細(xì)胞中的2.5%。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員在這項(xiàng)研究中插入的DNA序列長(zhǎng)達(dá)36000個(gè)堿基對(duì)，但他們相信甚至可以使用更長(zhǎng)的序列。人類基因的堿基對(duì)從幾百個(gè)到200多萬(wàn)個(gè)不等，盡管出于治療目的，只需要使用蛋白質(zhì)的編碼序列，這大大減少了需要插入基因組的DNA片段的大小。</p> <p>&ldquo;定點(diǎn)進(jìn)行大規(guī)?；蚪M整合的能力對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)和生物技術(shù)研究都具有巨大的價(jià)值。我預(yù)計(jì)，這個(gè)工具集將非常有利于研究界，&rdquo;加州大學(xué)圣地亞哥分校的生物工程教授Prashant Mali說(shuō)，他沒有參與這項(xiàng)研究。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員現(xiàn)在正在進(jìn)一步探索使用這種工具替代有缺陷的囊性纖維化基因的可能性。這項(xiàng)技術(shù)也可以用于治療由缺陷基因引起的血液病，如血友病和G6PD缺乏癥，或亨廷頓舞蹈病，一種由缺陷基因有太多基因重復(fù)引起的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員還將他們的基因結(jié)構(gòu)放到了網(wǎng)上，供其他科學(xué)家使用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;工程這些分子技術(shù)的奇妙之處在于，人們可以在它們的基礎(chǔ)上，以我們可能沒有想到或沒有考慮過(guò)的方式開發(fā)和應(yīng)用它們，&rdquo;古滕伯格說(shuō)。&ldquo;能成為這個(gè)新興社區(qū)的一員真是太棒了。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>該研究由瑞士國(guó)家科學(xué)基金會(huì)博士后移動(dòng)獎(jiǎng)學(xué)金、美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院、麥戈文研究所神經(jīng)技術(shù)項(xiàng)目、K. Lisa Yang和Hock E. Tan神經(jīng)科學(xué)分子治療中心、G. Harold和Leila Y. Mathers慈善基金會(huì)、MIT John W. Jarve科學(xué)創(chuàng)新種子基金、動(dòng)力贈(zèng)款、囊胞性纖維化基金會(huì)先鋒贈(zèng)款、谷歌Ventures、Fast贈(zèng)款、Harvey家庭基金會(huì)、和麥戈文研究所。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>