CRISPR 自發明以來,已經讓科學家們能在基因組特定位點引入基因突變,通常這種精準編輯是一次一個位點實現的。
但這也許不會長久。哈佛大學的一個研究團隊聲稱他們已經在單細胞中實現了 13,200 個基因突變,這是基因編輯技術的記錄。
由基因編輯大牛 George Church 領導的這個研究團隊,希望以遠超目前規模的方式重寫基因組,這可能最終導致物種甚至是人類的“徹底重新設計”。
人們之前已經嘗試過這種大規模的基因編輯。在 2017 年,澳大利亞 Paul Thomas 領導的一個研究團隊對小鼠 Y 染色體進行編輯,成功地實現了突破。該策略被視為唐氏綜合癥的潛在治療方法,唐氏綜合癥是一種由染色體冗余造成的遺傳性疾病。
為了實現基因編輯新記錄,該團隊成員 Oscar Castaon 和 Cory Smith 把 CRIPSR 的目標定為了一種名叫 LINE-1 的 DNA 序列,這是一種遍布人類基因組的神秘重復性序列。
由于 CRIPSR 能切開 DNA 雙螺旋,因此一次太多位點的編輯可能會導致細胞死亡,這種風險限制了過去大規模基因編輯的嘗試。澳大利亞昆士蘭大學的 Geoff Faulkner 于 2016 年表示,他嘗試敲除 500 個小鼠胚胎中的 LINE 序列,以期知道這是否會影響小鼠行為,但并沒有這樣的小鼠成功存活繁衍。
為了避免這一問題,哈佛大學的團隊改為使用 CRISPR 的一種變體,這種變體不切割 DNA,而是用一個堿基替換另一個堿基,比如將 C 變為 T。
根據這篇于三月發表在預印本網站 BioRxiv 上的文章,該研究團隊能一次性在某些細胞上進行超過 13,000 次基因編輯而不導致細胞死亡。
“他們找到了一種不會導致全基因組水平不穩定的實驗方法。”Faulkner 說。
其他科學家們對此印象不太深刻,認為這一工作并不像它聲稱的那樣是大規模基因組編輯的開端。澳大利亞國立大學的 Gaetan Burgio 稱,該技術將導致物種徹底重新設計是“夸大其詞”。
然而,George Church 認為大規模基因組編輯是通過去除“遺傳垃圾”來清理基因組的一種方法。例如,2015 年,該實驗室摧毀了豬基因組中潛伏逆轉錄病毒的全部 62 個拷貝。這種病毒可以被重新激活,因此這種不含潛伏逆轉病毒的豬對豬-人體器官移植而言邁出了更為安全的一步。
從該實驗室誕生的公司——eGenesis 已經開發出了多位點基因編輯的豬,這些豬的器官能被接受器官移植的病人耐受。該公司的創辦者之一為中國學者楊璐菡。
Church 表示,他的最終目標是實現人體器官或組織的供應,這些器官、組織的基因組被修改過,因此它們對所有病毒免疫。據該研究團隊稱,這一名為重編碼的過程將精準編輯 9,811 個位點。Church 說,他們實驗室已經開啟了重編程自己實驗室細胞供應的進程。
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原文標題:哈佛大牛創基因編輯記錄:對單細胞進行了超13000次CRISPR編輯
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