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用于切割DNA以将基因插入人体细胞的简单,精确

日期:2019-04-16

 

去年由霍华德休斯医学研究所和加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna和Martin Jinek以及瑞典分子感染医学实验室的Emmanuelle Charpentier发现,该技术在2012年的评论中被称为“游览力量”。自然生物技术杂志。

该评论完全基于该团队2012年6月28日的科学论文,其中研究人员描述了广东11选5平台开户网址一种精确定位和切割细菌DNA的新方法。

上周发表在Science Express 杂志上的两篇新论文表明,该技术也适用于人体细胞。Doudna及其团队在人类细胞中报告类似成功结果的论文已被新的开放获取期刊eLife接受发表。

“改变生物体基因特定元素的能力对于促进我们对生物学的理解至关重要,包括人类健康,”分子与细胞生物学和化学教授,加州大学伯克利分校霍华德休斯医学研究所研究员Doudna说。“然而,在动物和人类中进行这些修饰的技术一直是研究和人类治疗方法发展的巨大瓶颈。

“这将消除该领域的一个主要瓶颈,因为这意味着基本上任何人都可以使用这种基因组编辑或重编程将遗传变化引入哺乳动物或很可能是其他真核系统。”

“我认广东11选5平台开户网址为这将是一次真正的打击,”哈佛医学院遗传学教授,科学快报之一的主要作者乔治·丘奇说。“将会有很多人练习这种方法,因为它比其他技术更容易,也更紧凑100倍。”

“根据我们收到的反馈意见,这种技术可能会彻底改变动植物的基因组工程,”Doudna说,他还在劳伦斯伯克利国家实验室任职。“它易于编程,可能与聚合酶链式反应(PCR)一样强大。”

后一种技术可以轻松生成数百万份小DNA片段,并永久改变生物学研究和医学遗传学。

巡航导弹

两个发展 - 锌指核酸酶和TALEN(转录激活因子样效应核酸酶)蛋白 - 最近引起了很多关注,包括被“ 科学 ”杂志评为2012年十大科学突破之一。该杂志将它们称为“巡航导弹”,因为这两种技术都允许研究人广东11选5平台开户网址员在基因组的特定部分进行归巢,并在那里只捕获双链DNA。

研究人员可以使用这些方法进行两次精确切割以去除一块DNA,如果提供另一种DNA,则细胞会将其插入切口。通过这种方式,医生可以切除有缺陷或突变的基因并用普通拷贝替换它。Sangamo Biosciences是一家临床阶段的生物制药公司,已经证明,在感染艾滋病毒的人广东11选5平台开户网址 中替换一种特定基因可以使他或她对艾滋病产生抗药性。锌指和TALEN技术都需要为DNA中待改变的每个新位点合成编码特定蛋白质的大型新基因。Doudna说,相比之下,这项新技术使用的单一蛋白质仅需要一个短的RNA分子来编程,以进行特定位点的DNA识别。

在新的Science 广东11选5平台开户网址Express论文中,Church比较了一种新技术,该技术涉及一种名为Cas9的酶,采用TALEN方法将基因插入哺乳动物细胞,发现它的效率提高了五倍。

他说:“它(Cas9-RNA复合物)比TALEN蛋白质更容易制作,并且它更小,”它更容易滑入细胞,甚至可以同时编程数百个剪辑。他补充说,该复合物在哺乳动物细胞中的毒性也低于其他技术。

教会称,“现在宣布对TALENs和锌指的完全胜利还为时过早”,但它看起来很有希望。

基于细菌的免疫系统

Doudna在研究细菌的免疫系统时发现了Cas9酶,这种细菌已经进化出酶来切割DNA以抵御病毒。这些细菌切割病毒DNA并将其中的一部分粘在自己的DNA中,从中制造出能够结合并灭活病毒的RNA。

加州大学伯克利分校的地??球和行星科学教授吉尔班菲尔德几年前就把这种不同寻常的病毒免疫系统带到了Doudna的注意力,Doudna对此感兴趣。她的研究重点是细胞如何使用RNA(核糖核酸),它基本上是细胞在其基因中产生DNA的工作拷贝。

Doudna和她的团队研究了酶-RNA复合物如何切割DNA的细节:Cas9蛋白与两个短长度的RNA组装在一起,复合物广东11选5平台开户网址一起结合由RNA序列决定的非常特定的DNA区域。科学家随后简化了系统,只使用了一片RNA,并在早期的科学论文中表明它们可以靶向并剪断细菌DNA的特定区域。

“与过去几十年来进行基因组工程的任何其他系统相比,它的优点在于它使用单一酶,”Doudna说。“对于你想要靶向的每个位点,酶都不必改变 - 你只需要用不同的RNA转录本重新编程,这很容易设计和实现。”

这三篇新论文表明,这种细菌系统在人体细胞和细菌中都能很好地发挥作用。

“这种有点模糊的细菌免疫系统带来了一种技术,它有可能真正改变我们处理和操纵哺乳动物细胞和其他类型的动植物细胞的方式,”Doudna说。“这是基础科学在制定影响人类健康的基本发现中的作用的典范。”