清華大學PNAS發表基因組編輯新技術

日期：2013-11-06 09:23:48

來自清華大學醫學院、哈佛醫學院等處的研究人員開發了一種優化的Cas9/sgRNA系統，證實其能夠有效地應用于果蠅進行基因編輯，相關論文發表在11月4日的《美國科學院院刊》（PNAS）雜志上。

清華大學醫學院的倪建泉（Jian-Quan Ni）博士、許江（Jiang Xu，音譯）以及哈佛醫學院的Norbert Perrimon博士是這篇論文的共同通訊作者。倪建泉的主要研究方向包括利用第三代轉基因敲除技術構建果蠅模式動物平臺；篩選影響消化到免疫和干細胞的蛋白因子；研究miRNA、ncRNA的功能。

近幾年來，科學家一直在尋求更加精確的方法對特定的基因進行敲除或靶向修飾。通過在基因組水平上進行精確的基因編輯，可以更加準確、更加深入地了解疾病發病機理和探究基因功能，找到遺傳性疾病治療的有效手段，因此，基因組編輯具有極其廣泛的發展前景和應用價值。

2011年末，人工核酸酶介導的基因組編輯技術被《Nature Methods》雜志評為年度最受關注的技術。從當年的技術發展看，經過基因工程改造的核酸酶主要包括3個類型：鋅指核酸酶（zinc-finger nucleases，ZFNs）、轉錄激活因子樣效應物核酸酶（transcription activator-like effector nucleases，TALENs）和歸巢核酸內切酶（engineered meganucleases）。目前ZFN以及TALEN已被廣泛應用，而歸巢核酸內切酶由于改造難度大、成本高，使其應用有所局限。近期，細菌獲得性免疫系統CRISPR在人源細胞染色體修飾上的應用使得基因組編輯技術進一步簡化。

CRISPR/Cas是細菌和古細菌在長期演化過程中形成的一種適應性免疫防御，可用來對抗入侵的病毒及外源DNA。CRISPR被分為三個主要類型，內切核酸酶Cas9屬于研究最深入的II型CRISPR/Cas系統。CRISPR/Cas依賴于Cas9，通過單導向RNAs（single- guide RNAs，sgRNAs)可在特定的位點切割DNA。近期的一些研究證實這一簡單的Cas9/sgRNA系統可在許多生物中實現基因組工程操作。

在這篇文章中，研究人員報告了稱開發了一種高效、廉價、優化的Cas9/sgRNA技術。他們特異性靶向果蠅生殖細胞生成了可遺傳的突變體等位基因，構建出了借助于nanos啟動子、生殖細胞系穩定表達Cas9的轉基因果蠅。隨后他們將U6b啟動子控制下、編碼短sgRNAs的質粒DNAs注入到這些轉基因果蠅體內，對果蠅進行了基因組DNA編輯。就誘變的效率比較了不同的啟動子和sgRNA支架。通過篩查所有后代中突變后代的數量，確定這一優化系統達到了74.2%的總誘變率。他們評估了與這種方法相關的脫靶情況，建立了一個網絡資源和一個可檢索的、全基因組數據庫，可用于預測果蠅基因組工程操作適當的sgRNAs。最后，研究人員還探討了新方法相比于近期發表的一些其他方法的優勢所在。