寇建超

有人說，基因編輯就像一個(gè)“潘多拉魔盒”，一旦打開，就很難合上了。事實(shí)證明，所有技術(shù)都是一把雙刃劍，基因編輯也同樣如此。它既能帶給我們難以預(yù)料的風(fēng)險(xiǎn)和倫理道德問題，也能幫助我們更好地認(rèn)識(shí)人類本身。而且，對(duì)于疾病產(chǎn)生的原因以及抑制疾病的方法，基因編輯起著不可替代的作用?；蚓庉嬔芯康倪M(jìn)展，一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。

3月16日，《自然生物科技》雜志在線發(fā)表了一項(xiàng)新研究，來自多倫多大學(xué)泰倫斯，唐納利細(xì)胞及生物分子研究中心的科學(xué)家通過使用一種名為“CHvMErA”的基因編輯方法，可以同時(shí)編輯基因組中的多個(gè)位點(diǎn)。

這一技術(shù)突破，有望幫助科研人員深入理解不同DNA片段如何在健康和疾病中協(xié)同作用?；贑RISPR的基因編輯技術(shù)徹底改變了人類基因組的研究，它使得科研人員可以通過精確敲除人體內(nèi)的任何基因來獲取對(duì)相關(guān)基因所具有功能的認(rèn)知，但這類方法依然具有一些不足之處。比如，不能同時(shí)切除同一細(xì)胞中的多個(gè)基因或基因片段，這種類型的基因組手術(shù)是科學(xué)家了解基因組不同部分在正常生理和疾病情況下如何協(xié)同工作的關(guān)鍵。

日前，來自多倫多大學(xué)泰倫斯，唐納利細(xì)胞及生物分子研究中心的分子遺傳學(xué)教授Benjamin Blencowe和Jason Moffat分別領(lǐng)導(dǎo)的兩支團(tuán)隊(duì)，共同提出了一種名為“CHyMErA”（Cas Hybrid for Multiplexed E出ting and ScreeningApplications）的基因編輯新方法。研究人員表示，這一方法可以同時(shí)對(duì)多個(gè)位置的DNA進(jìn)行編輯，并應(yīng)用于任何類型的哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)。

Benjamin Blencowe團(tuán)隊(duì)專注于外顯子（exons）基因片段的調(diào)節(jié)和功能研究，JasonMoffat團(tuán)隊(duì)則在CRISPR技術(shù)方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。CRISPR通常被描述為基因剪刀，其工作原理是通過引導(dǎo)RNA分子將DNA限制酶瞄準(zhǔn)到基因組中的目標(biāo)位置，使之可以附著在目標(biāo)位置上。Cas9是使用最為廣泛的DNA限制酶。自從cas9首次曝光以來，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了其他具有獨(dú)特性質(zhì)的c as酶，并將其用于改進(jìn)和擴(kuò)大這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。

與CRISPR-Cas9技術(shù)不同，新基因編輯技術(shù)C.HyMErA通過結(jié)合使用Cas9和Cas12a這兩種不同的DNA限制酶，拓寬了基因編輯的可選目標(biāo)范圍。Cas12a是一種酶，可以用于在同一細(xì)胞中生成多個(gè)引導(dǎo)RNA分子，這是同時(shí)進(jìn)行多個(gè)DNA編輯的關(guān)鍵因素。

“我們已經(jīng)嘗試了許多方法來誘導(dǎo)基因片段敲除，但沒有任何方法像CHyMErA -樣有效?！盉enjamin Blencowe團(tuán)隊(duì)的研究助理Thomas CJonatopoulos-Pournatzis表示。Michael Aregger是Moffat實(shí)驗(yàn)室的研究助理，他在CHvMErA的基因篩選工作上發(fā)揮了關(guān)鍵作用。他表示：“有了c HvMErA，你可以充分利用這兩種酶。Cas9已經(jīng)被科研人員多次改進(jìn)，具有了非常高的編輯效率，而Cas12a允許引導(dǎo)RNA的多路復(fù)用。因此，我們?cè)趯ふ铱梢郧贸幕蚪M位點(diǎn)方面，具有了更多的靈活性?！?/p>

研究人員表示，下一步是利用CHvMErA對(duì)人類基因進(jìn)行大規(guī)模篩選，系統(tǒng)分析不同基因如何共同作用以及基因內(nèi)各個(gè)部分的功能。

解碼旁系同源基因

在CHyMEtA的一個(gè)應(yīng)用中，研究人員瞄準(zhǔn)了被稱為旁系同源基因的一對(duì)基因，這些基因具有相似的DNA編碼，但由于難以研究，目前科研人員對(duì)其并沒有太多的認(rèn)知。

CHvMErA允許科研人員一次同時(shí)編輯多個(gè)基因

由于paralogs基因由祖先基因復(fù)制產(chǎn)生，人們認(rèn)為它們?cè)诤艽蟪潭壬暇哂邢嗨频淖饔谩５鼈兊墓δ軣o法被現(xiàn)有的單基因靶向方法揭示，一個(gè)主要原因是另一個(gè)paralog可以彌補(bǔ)缺失基因的作用。

“有了CHyMErA，我們可以把兩個(gè)paralog成對(duì)取出，看看這個(gè)基因功能對(duì)細(xì)胞生存的影響。”Mo ffat實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)研究助理凱文，布朗說：“我們現(xiàn)在可以研究以前被遺漏的一類基因?！?/p>

在敲除了人類基因組中大約700個(gè)paralog對(duì)之后，研究人員表示，這項(xiàng)分析證實(shí)了其中的很多基因?qū)Υ_實(shí)在細(xì)胞生存過程中發(fā)揮了類似的作用，但一些其他的基因?qū)t具有不同的功能。

探究外顯子

CHvMErA的另一個(gè)應(yīng)用是，可以通過將Cas9和Cas12a部署到附近的基因組位點(diǎn)來敲除外顯子等基因片段。這使得研究團(tuán)隊(duì)可以單獨(dú)切除數(shù)千個(gè)與癌癥和大腦功能有關(guān)的外顯子，在此之前，無法只用c as9實(shí)現(xiàn)。

外顯子被包含在基因的轉(zhuǎn)錄本中，盡管單個(gè)外顯子對(duì)細(xì)胞過程的影響在很大程度上依然是未知的，但研究證明，外顯子可以改變被編碼蛋白質(zhì)的功能。在CHyMErA分析的2000個(gè)外顯子中，發(fā)現(xiàn)超過100個(gè)對(duì)細(xì)胞生存至關(guān)重要，這就使得科研人員在未來的研究中可以專注于揭示它們?cè)诩膊≈械臐撛谧饔谩?/p>

“一旦我們確定外顯子在疾病中所起的關(guān)鍵作用，我們就可以利用這些信息來開發(fā)新的治療方法?！盙onatopoulos-Pournatzis說。（摘自美《深科技》）（編輯/華生）