Nature頭條：基因編輯技術開啟新篇章
日期：2012-09-26 07:42:12
斑馬魚是脊椎動物生物學和人類疾病研究的一個重要的參與者。其胚胎透明、體外受精、短繁殖周期和快速生長等特點意味著可對活體動物開展緊密地胚胎發育研究，斑馬魚可作為研究基因行為和功能的一種有用模型。
現在來自梅奧醫學中心（Mayo Clinic）的分子生物學家Stephen Ekker領導研究人員第一次利用人工酶切割一段基因序列中的部分DNA，并用合成DNA取代它們，對斑馬魚基因組部分序列進行了定制修改。這項工作發表在9月23日的《自然》（Nature）雜志上。
研究人員以往曾利用稱作鋅指核酸酶（ZFNs）的酶或稱作morpholino的基因調控分子來編輯活體動物基因組的靶向部分。斑馬魚DNA一直是用ZFNs或轉錄激活因子樣效應物核酸酶（transcription activator-like effector nucleases ，TALENs）在靶向位點通過故意突變來進行修改。TALENs也被用于培養物中進行靶向基因組編輯。在新研究中，Ekker和他的同事們是首次利用人工TALENs在活體斑馬魚幼蟲中進行基因組編輯。
相比ZFNs和 morpholinos，TALENs具有幾個優勢：它們更便宜、更有效，尤其是以一種開發活性形式應用時。ZFNs只能靶向特異序列，而TALENs有潛力對任何的DNA序列起作用。Morpholinos的效應是短暫的，而TALENs可造成永久性的改變。研究小組發現在某些情況下，它們還允許對誘導突變進行更快速的分析，有可能在注射幼蟲中即刻觀察效應。
生命模式
Ekker和同事們插入到斑馬魚DNA中的一段序列可以使基因開啟和關閉。這使得研究人員能夠在早期發育過程中通過即刻開啟突變，或在生命晚期斑馬魚達到成熟時開啟突變來檢測一個基因的效應。因為帶有影響發育的刻意突變基因的斑馬魚通常無法存活到成年，因此通常不大可能在生命晚期才來檢測基因改變的效應。
倫敦大學學院從事斑馬魚研究的發育生物學家Jason Rihel說：“這項工作為利用斑馬魚開展大量重要的實驗開啟了可能性。這種直接重寫天然遺傳序列的能力使得我們能夠精確控制改良復雜疾病斑馬魚模型所需的基因。這樣的模型可用于標記特異腦神經元的行為功能，或梳理協調脊椎動物發育的信號網絡。”
Ekker說TALENs技術也將在其他生物體中獲得應用。“盡管我們側重于斑馬魚，在包括大鼠、小鼠、果蠅和線蟲的其他模式系統利用這一相同的技術也具有重要的意義，”他說。利用諸如小鼠等物種開展研究依賴于體外的干細胞改良，隨后將其培育成一個完整的突變成體，單這種方法不能夠用于在人類中治療疾病。
相比之下，Rihel看到了TALEN技術在人類中的潛能。“例如為了實現我頭腦中蹦跶出來的一個異想天開的想法，我們有可能會利用靶向DNA編輯在視網膜中修復人類失明基因。”
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