CRISPR從最初的細菌體內“免疫機制”已經(jīng)被人類(lèi)廣泛應用在基因編輯領(lǐng)域，它是糾正基因突變、解決器官異種移植關(guān)鍵難題、治療疑難雜癥等領(lǐng)域的“寵兒”，在科研領(lǐng)域更是無(wú)人不知、無(wú)人不曉。但一向被稱(chēng)為“魔剪”的CRISPR技術(shù)也存在剪切瓶頸。目前在大多數情況下，CRISPR-Cas工具一次只能編輯一個(gè)基因，少數情況能同時(shí)修改2-3個(gè)甚至更多的基因，但是大規模的編輯幾乎是“夢(mèng)里看花”。
近日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）的研究團隊突破瓶頸，帶來(lái)CRISPR-Cas技術(shù)革命性突破——實(shí)現同時(shí)對細胞內基因的25個(gè)靶點(diǎn)進(jìn)行編輯，甚至理論上能進(jìn)一步增加到數百個(gè)基因。相關(guān)研究結果發(fā)表在《Nature Methods》雜志上。
該研究領(lǐng)導者Randall Platt教授說(shuō)：“感謝這個(gè)新工具，讓我們和其他科學(xué)家實(shí)現過(guò)去夢(mèng)寐以求的目標。”值得關(guān)注的是，Platt教授曾經(jīng)是“CRISPR先驅”張鋒實(shí)驗室的博士后研究員，2016年底開(kāi)始組建自己的實(shí)驗室。當真是“青出于藍而勝于藍”啊。
真•魔剪
通常CRISPR-Cas技術(shù)需要一種稱(chēng)為Cas的酶和一個(gè)小RNA分子。小RNA分子的堿基序列就像一個(gè)“地址標簽”，將酶精確地指向染色體上的指定作用位點(diǎn)，因此稱(chēng)為“向導RNA”，而使用的酶也幾乎是Cas9酶。但是之前也講了，Cas9酶一次只能編輯一個(gè)基因。于是研究人員改用了鮮為人知的Cas12a酶。“Cas12a不僅可以編輯基因，還可以把長(cháng)長(cháng)的‘RNA地址列表’同時(shí)切成一個(gè)個(gè)‘地址標簽’。此外，Cas12a可以處理比Cas9更短的RNA地址分子。這些尋址序列越短，它們就越適合質(zhì)粒。”Platt解釋說(shuō)。
研究團隊利用Cas12a酶建立了一個(gè)特別的質(zhì)粒，把Cas酶的編碼藍圖和多個(gè)RNA地址分子按順序依次保存在這個(gè)環(huán)狀DNA分子中。換言之，這個(gè)質(zhì)粒里面容納的不是一個(gè)地址而是一個(gè)地址列表，那么之后它就會(huì )有更多個(gè)“地址標簽”，由此可以實(shí)現多靶點(diǎn)同時(shí)切割。
隨后，研究人員把這個(gè)特別的質(zhì)粒轉入到人體細胞中進(jìn)行結果測試。實(shí)驗結果不負眾望：細胞內有25個(gè)靶點(diǎn)同時(shí)被修飾、調節！ Platt教授對此結果表示，理論上該數字能進(jìn)一步提高，甚至增加到數百個(gè)基因。
重大意義
細胞中的基因和蛋白質(zhì)以許多不同的方式相互作用。由此產(chǎn)生的包含許多基因的網(wǎng)絡(luò )確保了生物體的細胞多樣性。例如，它們負責將祖細胞分化為神經(jīng)元細胞和免疫細胞。“我們的方法使我們第一次能夠在一個(gè)步驟中系統地修改整個(gè)基因網(wǎng)絡(luò )，”Platt教授說(shuō)。
此外，它還為復雜的大規模細胞編程鋪平了道路——可以用來(lái)增加某些基因的活性，同時(shí)降低其他基因的活性。這種活動(dòng)變化的時(shí)間也可以精確控制。
該項突破對基礎研究也意義深遠。比如說(shuō)，為什么各種類(lèi)型的細胞表現不同，此外它還適用于研究復雜的遺傳疾病以及細胞替代療法的有效性。
參考資料：
[1] Revolutionising the CRISPR method
[2] Multiplexed genome engineering by Cas12a and CRISPR arrays encoded on single transcripts
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