升級版基因編輯技術(shù)CRISPR是“控制基因表達的良好工具”

《細胞》雜志9日在線發(fā)表的一篇論文表示，美國懷特黑德研究所喬納森·魏斯曼等人設(shè)計了一種名為CRISPRoff的新基因編輯技術(shù)，可以在不改變DNA序列的情況下使某些基因“沉默”，從而以高特異性控制基因表達。這種“升級版”的基因編輯技術(shù)為研究表觀遺傳機制、重大疾病治療以及研發(fā)新冠病毒疫苗等提供了有力工具。

在過去的十年里，CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)給基因工程帶來革命性變革。其工作模式是，由一條單鏈向?qū)NA引導(dǎo)Cas9蛋白在DNA鏈上切割產(chǎn)生微小斷裂，細胞現(xiàn)有的修復(fù)機制就會修補這些漏洞。但這會改變潛在的DNA序列，導(dǎo)致細胞遺傳物質(zhì)發(fā)生永久性變化。此外，其依賴于細胞的內(nèi)部修復(fù)機制，結(jié)果很難控制。

“利用這種新的CRISPRoff技術(shù)，可以編寫一個簡單程序來表達蛋白，該程序會被細胞記住并無限執(zhí)行。”參與研究的加州大學(xué)舊金山分校助理教授盧克·吉爾伯特說。

基因的表觀遺傳意味著基因可能會因DNA鏈的化學(xué)變化而被沉默或激活，而甲基化是DNA的一種主要表觀遺傳修飾形式。DNA甲基化是指甲基化學(xué)標記附著到DNA的基因上，標志其準備開啟或關(guān)閉。

研究人員構(gòu)建了一個可以模仿自然DNA甲基化的表觀遺傳學(xué)編輯器，其可在RNA引導(dǎo)下，將甲基群附著在DNA的特定位點，被標記的基因?qū)⒈怀聊?關(guān)閉)，因此該技術(shù)得名“CRISPRoff ”，與之相反的過程為“CRISPRon”，可以通過去甲基酶逆轉(zhuǎn)沉默效應(yīng)，也不會改變DNA序列。該技術(shù)不僅適用于蛋白質(zhì)編碼基因，還適用于控制基因表達的非蛋白質(zhì)編碼基因。

魏斯曼表示，這種簡單的基因編輯工具能有效沉默大多數(shù)基因，且不會損傷任何同質(zhì)基因。該技術(shù)足夠穩(wěn)定，可在數(shù)百次細胞分裂遺傳中進行操作，而且完全可逆，是“控制基因表達的良好工具”。

總編輯圈點

幾十年來，生物學(xué)家手中的基因編輯工具一直在不斷升級換代。以往的鋅指酶、TALEN等基因編輯工具操作起來比較復(fù)雜，不太容易被掌握。因此，缺乏簡單易用的基因編輯工具，一直是困擾整個生物學(xué)領(lǐng)域的大難題。之后，CRISPR-cas9橫空出世，它憑借更為簡便的操作改變了現(xiàn)狀。如今，CRISPRoff技術(shù)又走上舞臺，科學(xué)家們進行基因編輯，又多了一把得心應(yīng)手的工具。(實習(xí)記者張佳欣)