作者:赵熙熙 来源:中国科学报 发布时间:2017/10/30 9:10:08
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科学家开发出基因编辑新工具
可对DNA和RNA进行有针对性改变

 

科学家开发出基因编辑新工具。图片来源:Shaury Nash/Flickr

本报讯 如今,基因编辑的工具箱又增添了两样新工具。两个美国研究小组宣布的新技术使研究人员能够对脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)进行有针对性的改变。

在一项研究中,在10月25日出版的美国《科学》杂志上,美国布罗德研究所张锋团队报告说,他们在CRISPR工具基础上开发出了REPAIR编辑系统,其基本元件是一种特定酶和一种特定蛋白质,能高效修改与疾病相关的RNA单个碱基。

张锋说:“如果你正在使用RNA疗法,那么你可以升级了。”5年前诞生的CRISPR基因编辑工具像“剪刀”一般可剪切DNA,带来了基因改造的医学新革命。据新华社报道,现在CRISPR发明者之一的张锋团队在此前基础上研发出能剪切RNA的新“剪刀”。这是基因编辑领域的又一个重大突破。

人类的许多疾病都与遗传物质DNA有关,CRISPR技术在高效修改DNA、为治愈疾病带来希望的同时,也带来安全和伦理上的顾虑。RNA的作用是传递DNA的遗传指令,因此编辑修改这个“信使”以传递出正面的DNA指令,理论上同样能达到治疗疾病的目的。

由于RNA在人体内会自然降解,研究人员指出,这一编辑过程不会导致人类基因组的永久改变,而是“一个潜在可逆的修复”,相信这将为基础研究和临床治疗提供一个新思路。

张锋在一份声明中说:“纠正致病突变是基因组编辑的首要目标之一。现在,我们已经很善于让基因失活,但要恢复已丢失的蛋白质功能,挑战要大得多。RNA编辑这一新能力带来更多可能,几乎可以在所有细胞中恢复丢失的蛋白质功能,治疗多种疾病。”

为验证新工具在疾病治疗上的潜力,张锋团队人工合成了会造成范可尼贫血和X-连锁肾性尿崩症的基因突变,并将这些突变引入人体细胞中,最后成功利用这一RNA“剪刀”在RNA层面上修复了这些突变。

该团队表示,接下来他们将进一步改进REPAIR的效率,并与输送系统结合在动物模型特定组织中引入,进行RNA修复实验。

在另一项研究中,一个美国团队10月25日在英国《自然》杂志发表报告说,它在基因编辑技术方面取得新进展,可通过一种新型“碱基编辑器”在基因中替换碱基,有助科学家增强对遗传疾病的理解和开发新疗法。

基因是DNA上的片段,而DNA双链螺旋结构由4种化学碱基组成,即腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T),其中鸟嘌呤和胞嘧啶配对,腺嘌呤和胸腺嘧啶配对。

布罗德研究所的科研人员在报告中描述了一种新型碱基编辑器,它可以在不断开DNA双链的情况下,将A·T碱基对转换成G·C碱基对,也就是说能实现高效、可选择性地在基因中替换碱基。

在所有已知的疾病相关单碱基对突变中,约有一半涉及野生型G·C碱基对转换成突变型A·T碱基对,新发明的碱基编辑器有可能帮助患者恢复这一类突变。

据介绍,这种碱基编辑器对细菌细胞和人类细胞的DNA均有效,在人类细胞中,它们能在大范围目标区域内引入预期突变,效率约为50%,高于任何其他基因组编辑方法的效率,而且几乎没有副作用。

英国伦敦大学学院的研究人员海伦·奥尼尔评价说,这种可直接修改碱基对的能力对疾病研究以及未来修复疾病导致的变异能够起到重要作用。

英国弗朗西斯·克里克研究所的罗宾·洛弗尔-巴奇教授说,这种碱基编辑器50%的效率令人印象深刻,但仍有待进一步提高,今后还需更多研究来证实这种方法的安全性。

基于CRISPR展现出的巨大能力,美国《科学》杂志之前在2012年和2013年两次把它评为十大突破。CRISPR由两部分组成,一部分是可以切割基因的“手术刀”蛋白Cas9,另一部分是拖着“手术刀”在基因组的“茫茫大海”中精确定位的向导RNA。一些科学家用灭活版本的Cas9蛋白与向导RNA结合,改造出只有精确定位功能的CRISPR技术,可用来关闭或打开几乎任何单个基因,或者精细地调控它们的活跃程度。(赵熙熙)

《中国科学报》 (2017-10-30 第2版 国际)
 
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