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简单的改变减少了CRISPR错误

2019年12月10日

作者:Doug Dollemore

修复crispr合成方式的设计缺陷可以帮助科学家更准确地确定基因变化的影响,比如斑马鱼的尾巴发育障碍。

有时,接近并不完全合适。

以CRISPR为例。这种卓越的基因编辑工具彻底改变了基因研究,使科学家能够精确地重新排列DNA序列,轻松地修改基因。这种新兴技术可以使研究人员修复基因缺陷,并开发出预防甚至治疗包括癌症在内的许多疾病的新方法。但有时它并不像预期的那样有效。

为什么?根据大卫格他说,实验室合成的crispr有点太大了。万博APP官网平台

更准确地说,合成的crispr通常在其RNA(一种遗传密码)的末尾设计了一个或两个额外的核苷酸。通常情况下,这不会有太大的区别,但在某些情况下,它会导致CRISPR与它试图修改的DNA序列不一致,产生意想不到的后果。格伦沃尔德的研究小组表明,从crispr中去除这些核苷酸可以显著改善结果。

格伦沃尔德和他的同事对这种新的CRISPR技术的报告出现在发展细胞。

格伦沃尔德说了这一发现可以改变CRISPR研究,使研究人员能够更准确地评估基因改造的影响,使用各种动物模型,包括果蝇、斑马鱼和啮齿动物。这一发现还可能促进人类遗传疾病治疗方法的更快发展。

在他们的研究中,格伦沃尔德的团队发现,重新设计的crispr以近乎完美的效率切割了23个目标基因中的22个。相比之下,用额外的两个核苷酸制成的crispr中只有4 / 10能够100%有效地切割靶基因。其他六种方法的效果一般或很差,导致结果难以解释。

这一发现可能会促进人类遗传疾病治疗方法的更快发展。

格伦沃尔德说:“在这一发现之前,如果我没有得到结果,我就不知道是CRISPR失败了,还是我的目标基因没有参与我感兴趣的过程。”“现在,有了我们的新技术,我们几乎100%都能得到清晰的结果。”

细菌利用这种机制来识别潜在的有害病毒。一旦识别出攻击病毒,CRISPR就会引导一种叫做Cas9的酶到位,这样它就可以粉碎病毒DNA,使其变得无害。

几年前,科学家们发现了如何复制这一过程,不久之后,世界各地的实验室都在使用它来定位染色体中的独特DNA序列,以修改动物和植物的基因。就像在细菌中一样,合成的CRISPR将Cas9酶引导到DNA的目标部分。在那里,Cas9就像一把基因剪刀,允许科学家使基因失效(“敲除”)、修复或修改基因。在某些情况下,CRISPR/Cas9工具甚至可以编辑DNA序列中的单个核苷酸或碱基。

对科学家来说,这种基因编辑工具几乎是奇迹,节省了实验室的时间和金钱。格伦沃尔德在他的骨关节炎和骨质疏松症的基因研究中使用斑马鱼,这意味着他可以用CRISPR/Cas9敲除鱼胚胎中的一个或多个基因,并在几天内知道发生了什么,而不是乏味地饲养几代鱼来确定使单个基因失效的影响——这一过程可能需要几个月的时间。

然而,格伦沃尔德和其他人很快就注意到,这种基因工具并不总是正确工作。但是,大多数科学家没有质疑这些合成的CRISPR/Cas9是如何制造出来的,而是承认这种工具有时会失败或产生不确定的结果。

格伦沃尔德说:“他们的答案是同时将四种不同的crispr应用于基因的不同部分,并期望综合作用会消除基因的功能。”“所以,他们基本上意识到有问题。”

格伦沃尔德和他的同事与一家制造CRISPR组件的公司Integrated DNA Technologies (IDT)合作,试图提高这种机制的一致性和有效性。在实验中,他们测试了几种不同结构的crispr,每种结构都基于合成的RNA分子类型略有不同。最终,他们发现答案是一个简单的设计疏忽。

虽然最初合成crispr的方法方便灵活,但它也要求RNA分子总是以一个或两个鸟嘌呤核苷酸开始。这就是它的致命缺陷——这意味着实验室创造的CRISPR rna不太像细菌自然产生的蛋白质- rna复合物。因此,合成的crispr有时不能与它们所针对的DNA序列正确匹配。

通过去除RNA开头的鸟嘌呤碱基,格伦沃尔德的团队创造了更精确的CRISPRS,与DNA序列完美对齐。

格伦沃尔德说:“我们开发的技术在消除单基因活动方面更干净、更具体、更有效。”“使CRISPR更加精确,减少意外影响的数量是一个渐进的进步,但这将对未来的医学研究产生重要影响。”