《自然》子刊:新突破!首度实现数十个基因同时编辑
2019-08-20 09:10

《自然》子刊:新突破!首度实现数十个基因同时编辑

本文来自微信公众号:学术经纬(ID:Global_Academia),原标题:《<自然>子刊:CRISPR技术新突破,首度实现数十个基因同时编辑》,头图来自东方IC


《自然》子刊《Nature Methods》最新刊登的一篇论文中,苏黎世联邦理工学院的研究团队带来了基因编辑工具CRISPR-Cas技术的一项重要突破。研究机构的新闻稿概括说:“这是第一次,我们有可能同时修改细胞内的几十个、乃至上百个基因。” 



CRISPR基因编辑技术被誉为“上帝的手术刀”,提供了一种相对快速且简单的方法,实现对单个基因的精确删除、替换和修改。自2012年问世以来,CRISPR技术在过去几年里不断升级,从基础生物学研究领域到植物育种、新药研发等应用领域,已有广泛的应用。


迄今为止的大多数情况下,CRISPR-Cas工具每次只能修改一个基因。少数情况下,能同时修改两三个基因。而在细胞中,基因和蛋白质往往通过复杂的方式形成相互作用的网络。要想在数十个基因组成的网络中,一步修改整个网络,原有的CRISPR基因编辑工具还无法实现。


▲基因调控网络中,每一个点代表一个基因,线条是基因之间的相互作用(图片来源:ETH Zurich,作者:Carlo Cosimo Campa)


用这项研究负责人Randall Platt教授的话说,同时编辑多个基因位点,是很多科学家“过去梦想中的事情”。


为了梦想变成现实,Platt教授领导的研究团队基于CRISPR-Cas的工作原理做了技术创新。CRISPR-Cas技术需要用到核酸酶Cas和起向导作用的小RNA分子。后者的碱基序列相当于一个“地址标签”,把酶精确地指向染色体上的作用位点。


▲负责这项研究的Randall Platt教授曾荣获2018年自然科研全球影响力大奖(图片来源:ETH Zurich,作者:Florian Bachmann)


研究团队建立了一种特别的质粒,把Cas酶的编码序列,以及多个引导RNA分子的编码序列,依次保存在这种环状DNA分子上。换句话说,质粒里面容纳的不是一个地址而是一长串地址列表。


为了尽可能保存更多的地址序列,研究人员没有用最经典的Cas9,而是选用了同属2型CRISPR系统的Cas12a。“Cas12a不仅可以编辑基因,还能读取较短的地址序列。”作者解释。


随后,研究人员把质粒转入了人体细胞进行测试。实验结果令人欣喜,细胞内的25个目标位点同时得到了修饰和调节!Platt教授表示,利用同样的方法,理论上这个数字还能进一步提高。


作者指出,这项研究成果将提供一个强大的平台,帮助科学家研究细胞复杂的行为背后有怎样的遗传程序,为开启大规模重编程细胞提供了条件,可以用来研究更复杂的遗传疾病。


参考资料:

[1] Carlo Campa et al., (2019) Multiplexed genome engineering by Cas12a and CRISPR arrays encoded on single transcripts. Nature Methods. Doi: 10.1038/s41592-019-0508-6

[2] Revolutionising the CRISPR method. Retrieved Aug. 16, 2019, from https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2019/08/revolutionising-the-crispr-method.html


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