基因编辑科学研究又下一城：更精准的CRISPR专用工具问世
来源： 系统大全 2019/11/02 14:16
新的CRISPR体系可以更精准地操纵DNA转变，这将为基因编辑行业的科学研究工作人员开启新的将会。虽然现阶段时髦的CRISPR–Cas9基因编辑体系可以相对性非常容易地更改基因组，但它自始至终沒有那麼机敏，经常会错误，以至于产生出乎意料的不良影响。
而近期开发设计出去的一项新技术应用可以更精确地开展基因编辑——这一点针对开发设计基因疗法至关重要。
与现阶段时髦的CRISPR-Cas9体系对比（见图），一种名叫“先导编辑”的新式基因编辑专用工具能够更精准地对DNA开展编辑。| 图片来源：Juan Gaertner/SPL
这一被称作“先导编辑”的新方式可以更精确地对靶位点开展体现，降低多余的位点更改。10月21日，《大自然》发布的一篇毕业论文[1]叙述了该专用工具，称其可以减少“脱靶”产生风险性——规范CRISPR–Cas9体系在运用中的关键挑戰之一，这代表根据先导编辑的基因疗法具备更高的安全系数。
除开精准性，多元性是先导编辑的另一大优点——这类技术性即将保持更普遍的基因修饰，或许将来的某一天，它可以处理如今很多基因编辑科学研究工作人员无计可施的家族遗传病。博德研究室的有机化学科学家David Liu是所述毕业论文的通讯作者，据他可能，针对英国国立环境卫生研究所ClinVar数据库查询列举的75，000好几个与系统疾病的DNA基因变异，先导编辑也许将协助科学研究工作人员处理在其中的近90%。
Liu表达这类新专用工具能够保持的基因编辑具备较高非特异，科学研究工作人员能够依靠该特性在试验室中开展病症造模，或对特殊遗传基因的作用开展科学研究。
“虽然如今可谓开发设计初期，但现有的結果看上去好极了。”普林斯顿大学DNA修补与基因编辑研究者Brittany Adamson说，“它迅速就会兴起。”
先导编辑将会没法保持CRISPR–Cas9可以保证的一大段DNA插进或删掉，因而不容易彻底替代目前的完善的基因编辑体系，马萨诸塞大学医科院的分子生物学家Erik Sontheimer说。这由于在先导编辑中，必须改动的遗传基因关键编号在一段RNA上，RNA链越长，越多非常容易被体细胞内的酶损坏。
“不一样种类的基因编辑要求，必须不一样的基因编辑体系来保持。”Sontheimer说。
但对比现阶段其他的CRISPR取代基因编辑体系，先导编辑的基因编辑作用更为精准繁多。这种体系包含改进版CRISPR–Cas9体系——让科学研究工作人员能够保持单独DNA碱基的替换成；及其一些更老的基因编辑专用工具，例如锌指核酸酶，他们没办法对单独DNA碱基开展编辑。
带著镣铐舞蹈：随意与精准
CRISPR–Cas9和先导编辑均根据在基因组中的特定位点断开DNA更好地发挥。前面一种会断开DNA双链，随后借助体细胞本身的修复系统来修复损害并开展基因编辑。但这类修复系统将会在基因组被断开的部位插进或删掉DNA碱基，并不是全然靠谱。因而，科学研究工作人员控制不了基因编辑的結果，体细胞和体细胞间也将会存有差别。
除此之外，就算科学研究工作人员添加了模版正确引导基因组编辑，对比在基因组中插进特殊的DNA编码序列，大部分体细胞中的DNA修复系统偏重于插进或删掉单独或少数几个碱基。因而，科学研究工作人员没办法，以至于基本上不太可能借助CRISPR–Cas9体系将某一DNA精彩片段替换成为总体目标编码序列。
先导编辑则能避开这种难题（参照“基因编辑进到精准时期”）。虽然它也和CRISPR–Cas9体系一样，应用Cas9鉴别特殊的DNA编码序列，但先导编辑中的Cas9历经了更新改造，只断开1条DNA链，接着逆转录酶在RNA链的正确引导下到断开处开展基因编辑。
先导编辑酶不用断开DNA双链，因而科学研究工作人员无须借助她们控制不了的体细胞DNA修复系统对被断开的DNA链开展基因编辑。这代表依靠先导编辑系统软件能够开发设计出基因变异有关家族遗传病的医治方式，而目前的基因编辑专用工具暂没法随便保证这一点。
多功能基因编辑专用工具
先前，包含Liu以内的科学研究工作人员都觉得必须对于实际的每一种基因编辑种类（如插进、删掉、碱基替换成等）开发设计基因编辑专用工具。假如愿意开展精准替换成，我们的选择十分有现。
以前也有一种技术性被称作“碱基编辑”，其精准水平能够和先导编辑匹敌。该技术性能够根据有机化学方式不在断开DNA双链的状况下，立即保持碱基替换成，例如将T换为A，G换为C——CRISPR–Cas9可没法做到这一点[2]。这项技术都是由Liu开发设计出去的，即将用以医治一些单遗传基因遗传性疾病，包含最普遍的镰状体细胞缺铁性贫血。
可是，碱基编辑不可以处理由多碱基突然变化造成的遗传性疾病，比如泰-萨克斯病（Tay-Sachs disease），这类一般 具备致命性的病症是由HEXA遗传基因中误插进4个DNA碱基引发。
因而，Liu和他的朋友刚开始下手开发的精准基因编辑专用工具，她们对新体系的精准定位是灵便、易操纵、能保持多种多样基因编辑作用。2018年，Liu的精英团队想起了先导编辑：它是一个由多种多样酶组成的体系，其中就包括改进的Cas9酶，可以在基本上不损坏DNA双链的状况下更改、删掉单独碱基或插进段儿DNA编码序列。
“这一技术性十分棒。”Sontheimer说，“它可以保持形式多种的基因编辑，它是一项重特大的提升。”
如今必须做的是评定该基因编辑体系怎样可以在各种各样体细胞和植物体内平稳运行。“此项科学研究仅仅生物科学行业一个长期性总体目标的起始点，并非终点站，人们一直以来理想着的是可以依据必须，对植物体基因组的一切位点开展一切更改。”
而近期开发设计出去的一项新技术应用可以更精确地开展基因编辑——这一点针对开发设计基因疗法至关重要。
与现阶段时髦的CRISPR-Cas9体系对比（见图），一种名叫“先导编辑”的新式基因编辑专用工具能够更精准地对DNA开展编辑。| 图片来源：Juan Gaertner/SPL
这一被称作“先导编辑”的新方式可以更精确地对靶位点开展体现，降低多余的位点更改。10月21日，《大自然》发布的一篇毕业论文[1]叙述了该专用工具，称其可以减少“脱靶”产生风险性——规范CRISPR–Cas9体系在运用中的关键挑戰之一，这代表根据先导编辑的基因疗法具备更高的安全系数。
除开精准性，多元性是先导编辑的另一大优点——这类技术性即将保持更普遍的基因修饰，或许将来的某一天，它可以处理如今很多基因编辑科学研究工作人员无计可施的家族遗传病。博德研究室的有机化学科学家David Liu是所述毕业论文的通讯作者，据他可能，针对英国国立环境卫生研究所ClinVar数据库查询列举的75，000好几个与系统疾病的DNA基因变异，先导编辑也许将协助科学研究工作人员处理在其中的近90%。
Liu表达这类新专用工具能够保持的基因编辑具备较高非特异，科学研究工作人员能够依靠该特性在试验室中开展病症造模，或对特殊遗传基因的作用开展科学研究。
“虽然如今可谓开发设计初期，但现有的結果看上去好极了。”普林斯顿大学DNA修补与基因编辑研究者Brittany Adamson说，“它迅速就会兴起。”
先导编辑将会没法保持CRISPR–Cas9可以保证的一大段DNA插进或删掉，因而不容易彻底替代目前的完善的基因编辑体系，马萨诸塞大学医科院的分子生物学家Erik Sontheimer说。这由于在先导编辑中，必须改动的遗传基因关键编号在一段RNA上，RNA链越长，越多非常容易被体细胞内的酶损坏。
“不一样种类的基因编辑要求，必须不一样的基因编辑体系来保持。”Sontheimer说。
但对比现阶段其他的CRISPR取代基因编辑体系，先导编辑的基因编辑作用更为精准繁多。这种体系包含改进版CRISPR–Cas9体系——让科学研究工作人员能够保持单独DNA碱基的替换成；及其一些更老的基因编辑专用工具，例如锌指核酸酶，他们没办法对单独DNA碱基开展编辑。
带著镣铐舞蹈：随意与精准
CRISPR–Cas9和先导编辑均根据在基因组中的特定位点断开DNA更好地发挥。前面一种会断开DNA双链，随后借助体细胞本身的修复系统来修复损害并开展基因编辑。但这类修复系统将会在基因组被断开的部位插进或删掉DNA碱基，并不是全然靠谱。因而，科学研究工作人员控制不了基因编辑的結果，体细胞和体细胞间也将会存有差别。
除此之外，就算科学研究工作人员添加了模版正确引导基因组编辑，对比在基因组中插进特殊的DNA编码序列，大部分体细胞中的DNA修复系统偏重于插进或删掉单独或少数几个碱基。因而，科学研究工作人员没办法，以至于基本上不太可能借助CRISPR–Cas9体系将某一DNA精彩片段替换成为总体目标编码序列。
先导编辑则能避开这种难题（参照“基因编辑进到精准时期”）。虽然它也和CRISPR–Cas9体系一样，应用Cas9鉴别特殊的DNA编码序列，但先导编辑中的Cas9历经了更新改造，只断开1条DNA链，接着逆转录酶在RNA链的正确引导下到断开处开展基因编辑。
先导编辑酶不用断开DNA双链，因而科学研究工作人员无须借助她们控制不了的体细胞DNA修复系统对被断开的DNA链开展基因编辑。这代表依靠先导编辑系统软件能够开发设计出基因变异有关家族遗传病的医治方式，而目前的基因编辑专用工具暂没法随便保证这一点。
多功能基因编辑专用工具
先前，包含Liu以内的科学研究工作人员都觉得必须对于实际的每一种基因编辑种类（如插进、删掉、碱基替换成等）开发设计基因编辑专用工具。假如愿意开展精准替换成，我们的选择十分有现。
以前也有一种技术性被称作“碱基编辑”，其精准水平能够和先导编辑匹敌。该技术性能够根据有机化学方式不在断开DNA双链的状况下，立即保持碱基替换成，例如将T换为A，G换为C——CRISPR–Cas9可没法做到这一点[2]。这项技术都是由Liu开发设计出去的，即将用以医治一些单遗传基因遗传性疾病，包含最普遍的镰状体细胞缺铁性贫血。
可是，碱基编辑不可以处理由多碱基突然变化造成的遗传性疾病，比如泰-萨克斯病（Tay-Sachs disease），这类一般 具备致命性的病症是由HEXA遗传基因中误插进4个DNA碱基引发。
因而，Liu和他的朋友刚开始下手开发的精准基因编辑专用工具，她们对新体系的精准定位是灵便、易操纵、能保持多种多样基因编辑作用。2018年，Liu的精英团队想起了先导编辑：它是一个由多种多样酶组成的体系，其中就包括改进的Cas9酶，可以在基本上不损坏DNA双链的状况下更改、删掉单独碱基或插进段儿DNA编码序列。
“这一技术性十分棒。”Sontheimer说，“它可以保持形式多种的基因编辑，它是一项重特大的提升。”
如今必须做的是评定该基因编辑体系怎样可以在各种各样体细胞和植物体内平稳运行。“此项科学研究仅仅生物科学行业一个长期性总体目标的起始点，并非终点站，人们一直以来理想着的是可以依据必须，对植物体基因组的一切位点开展一切更改。”
