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Nat Genet:科学家改进基因编辑技术CRISPR 有望加速细胞基因组的编辑

  日期:2018-04-11  来源:生物谷



CRISPR作为一种强大的基因编辑工具,其能够帮助科学家们以惊人的精确度对DNA进行修剪,但追踪这些改变对基因功能的影响常常比较耗时,研究人员当前仅能一次对一种编辑进行分析,而这个过程需要花费数周时间。


近日,一项刊登在国际杂志Nature Genetics上的研究报告中,来自加州大学洛杉矶分校的科学家们通过对CRISPR技术进行改进,实现了一次对数以万计的基因编辑的结果进行监测的目的,同时相关研究还能改善科学家们鉴别遗传性改变的能力,这些遗传学改变常会对细胞产生损伤并且诱发疾病。


研究者Leonid Kruglyak表示,很多年来科学家们一直使用CRISPR对多个基因进行切割,目前他们仍然缺少CRISPR方法来同时对多个基因进行编辑,我们实验室就首次开发出了一种大规模技术,能够在结构类似于人类细胞的细胞中实现这一目的。此前研究人员在细菌细胞中进行了平行编辑,CRISPR能够与剪刀样蛋白Cas9相结合,Cas9作为引导分子能将CRISPR引入精确的位点,一旦到达目的地,Cas9就开始修建DNA使得靶基因失活,随后研究人员就会插入新的DNA片段并对基因序列进行编辑,同时还会修补Cas9造成的缺口。


为了使CRISPR能正确地对基因组进行编辑,每个细胞都需要接受正确的“向导”和“补丁”组合,而如何同时将正确的配对运输到数千个细胞中也是科学界所面临的复杂科学难题;文章中,研究人员开发出了一种新方法能物理性地将数千个向导分子与其配偶体分子相连接,从而就能够将完美的配对模式运输到每一个细胞中。为了检测这种方法,研究者Kruglyak及其同事对一系列推测对细胞有害的遗传突变进行研究,他们在酵母细胞中进行了实验,结果表明,在酵母中对基因修饰所产生的细胞改变会快速发生,而且很容易被观察到。


当研究者在液体培养基中培养了数百万个酵母细胞后,他们利用CRISPR技术将一系列标准化的配对“向导”和“补丁”分子运输到了每一种细胞中,从而同时深入研究大约1万个不同的突变对细胞所产生的效应。四天后研究人员就能鉴别出存活或发生死亡的细胞;研究者Sadhu说道,我们很惊讶地发现,某些认为对细胞功能非常必要的基因实际上并非如此,在其它基因中,仅有一部分蛋白是非常必要的,而其余蛋白则并非必要。


研究人员希望这种新技术能够帮助科学家们快速识别出最具危害性的遗传编辑,最后研究者Kruglyak博士指出,如今我们能通过多种不同的方法对基因组进行编辑,同时观察细胞所产生的正向或负面效应,我们最终的目标就是帮助科学家们找到引发多种人类疾病的罪魁祸首,从而有效促进科学家们开发治疗疾病的疗法以及诊断手段。



参考文献:

Meru J. Sadhu, Joshua S. Bloom, Laura Day, et al. Highly parallel genome variant engineering with CRISPR–Cas9. Nature Genetics volume 50, pages510–514 (2018) doi:10.1038/s41588-018-0087-y


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