Nature年度技術：基因組編輯

日期：2011-12-30 09:28:55

時近歲末，各大雜志接連進行了年終盤點，上周出版的《Nature》雜志也對2011年進行了回顧：365 days: Natures 10 ，評點了2011年的科技進展，科技政策以及重要人物。其中《Nature Methods》也盤點了年度技術，選出了2011年最受關注的技術成果：人工核酸酶介導的基因組編輯（genome editing with engineered nucleases）技術。

方法技術從來都是科學進步的推動力，在生命科學領域更是如此，去年《Nature Methods》將這一殊榮頒給了光遺傳學（optogenetic），原因是專家們認為這一技術工具在神經科學，以及細胞生物學信號通路研究方面具有革命性的促進作用。而今年《Nature Methods》將年度技術頒給了基因組編輯技術，理由是認為這種技術能通過在某些物種基因組中進行靶向特異性的突變，從而解答并提出更多精確的生物學問題。

也許了解一個基因或者蛋白的功能最可靠的方法就是特異性干擾其作用，并監控帶來的影響，這種逆向遺傳學分析方法目前已經在許多物種中成為了常規性方法，但是還是存在一些例外，某些物種很難，甚至可以說是不可能完成內源性基因位點的靶向突變，要達到這一目的，就必需采用一些更為間接的方法：對應的異源位置修改基因的過量表達，或者敲除這一基因（常常進行部分敲除），比如RNA干擾技術。

而人工鋅指核酸酶介導的基因組編輯技術，或者稱為基因組定點修飾技術，則不同，這種技術原則上能在任何物種基因組的任何位置上進行設計切除，從而能在內源性序列上引入特異性修改。

從技術發展的角度來看，實際上人工核酸酶技術已經成為了在多種細胞類型和生物體內進行高效、位點特異性的基因修飾的一個常用工具。這種酶包括有三個主要的類型——鋅指核酸酶 (ZFN)，轉錄激活因子樣效應物核酸酶(transcription activator-like effector ucleases，TALENs)，以及歸巢核酸內切酶（engineered meganucleases），這些技術都建立在非常基礎的研究之上，比如首次利用ZFN進行物種內源性基因修改，就用到了三方面的知識：限制性內切酶的作用機理，細胞如何修復DNA缺口，以及DNA結合蛋白如何在如此多基因組序列中特異性定位。

這些技術也毫無疑問能用于臨床上，比如糾正單基因決定的人類疾病中錯誤突變等。今年在這方面就獲得了重要進展——來自費城兒童醫院等處的研究人員研究人員，利用遺傳工程改造后的ZFNs，在基因組上特定位置誘導雙鏈斷裂，并且在實驗小鼠活體中以具有臨床意義的水平刺激基因組編輯，從而誘導高效的基因修正。

這種方法利用了鋅指核酸酶獨具在染色體上精確定位的優勢，避免了傳統基因療法存在插入誘變（insertional mutagenesis）的風險，首次取得了基因組編輯在基因療法上的突破。

這是臨床上基因組編輯技術2011年取得的一大突破，而在技術進展方面，今年TALENs也獲得了新成果——雖然ZFNs是最佳的工具，但是很難設計，因此難以實際操作。而今年在植物病原菌TAL效應子方面的成果促進了基因組編輯技術向前邁開了一大步，這項研究表明TAL效應子能顯著簡化DNA綁定代碼，從而減輕了一些目前存在的，工程改造工具中的問題。

除此之外，令人高興的是可以看到商業用途ZFNs的價格降低了，比如今年Sigma宣布調整了CompoZr 鋅指核酸酶（ZFN）產品的價格——CompoZr ZFN 產品全線降價50%。（咨詢CompoZr ZFN 產品具體技術資料和價格>> >>），而且一些產品能組合工具，幫助研究人員定制所需的核酸酶。同時TALENs以及歸巢核酸內切酶也有了商品化產品。到底哪種技術最終將取勝，目前還不得而知，畢竟還存在許多未知數，尤其是一些物種中TALEN的功能。