这个CRISPR新系统无需剪切黏贴就能植入新DNA序列

时间:2019-08-29  来源:未知   作者:admin

该研究的资深作者、CRISPR系统的发明者Feng Zhang表示:“对于人们想要插入DNA的任何情况,CAST可能是一种更具吸引力的方法。这突显了大自然的多样性以及我们尚未发现的许多意想不到的特征。”

通常情况下,CRISPR工具是基于细菌自卫系统开发出来的。当细菌遇到一种叫做噬菌体的掠食性病毒时,它们就会利用像Cas9这样的酶来剪切病毒的DNA片段并将其储存在自己体内。这有点像是一张“通缉令”海报,它能让细菌很容易地识别出并对抗病毒--如果它们再次相遇的话。

现在,来自麻省理工学院和哈佛大学的研究人员开发出了一种基于CRISPR的新系统,它可以插入新的DNA序列但不需要切割,而这应该能让这个过程变得更加安全、更加准确。

研究小组在大肠杆菌上测试了新系统,结果显示,他们能将10对碱基对长的新DNA序列插入基因组的精确位置。数据显示,这种方法在80%的情况下都是有效的,伴随着进一步的研究,这种情况将可能会变得更好。

参与这项新研究的研究人员打算创造一种同样轻触的新系统。研究小组没有使用像Cas9这样的防御酶,而是研究了一种叫做转座子的DNA序列。这些基因也被称为“跳跃基因”,这是因为它们在基因组中表现出跳跃的倾向,有些亚类型则由转座酶蛋白引导。

在过去几年里,科学家们发现了如何利用这种技术在其他生物体的细胞中进行DNA剪切粘贴编辑。引导RNA序列会告诉酶在哪里切割、从细胞中移除DNA片段然后用新的片段替换。这可以用来纠正导致疾病的突变,甚至可以通过从胚胎基因组中剪切出有害的序列来完全阻止突变。除了人类疾病治疗,这种方法还可以用于害虫控制或使作物更耐寒和更有营养。

尽管CRISPR到目前为止很有用,但它也不是完全没有问题。由于依赖于细胞的自然修复机制,所以这意味着有时也会出现错误,有时可能也会在基因组的其他部分出现偏离目标的编辑。这促使研究人员开发了其他类似方法,这些方法可能更温和一些,使得基因变沉默而不是将它们删除,或处理得更像文字处理器的“搜索和替换”功能。

相关研究报告已发表在《Science》上。

研究过程中,研究人员从两种蓝藻细菌中分离出Cas12k并操纵它们跳跃在基因组中设定目标,然后插入新的DNA序列,此时并不需要切割任何东西。这个新系统被命名为CRISPR相关转座酶(CAST)。

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这种CAST技术可以实现多个目的。基因疾病可以通过禁用有害的突变并植入一个新的健康版本来达到治愈的目的,或者它也可以通过添加一个全新的、有用的序列,来有效地植入一种新的能力。