基因组编辑工具CRISPR可用于设计干细胞

来源：科技日报   发布者：张荐辕   日期：2015-01-07  

自2012年以来，研究人员常用一种叫做CRISPR的强大“基因组编辑”技术对生物的DNA序列进行修剪、切断、替换或添加。最近，美国约翰·霍普金斯大学医学院的科学家证明，这一系统还能精确有效地改变人类的干细胞。研究人员指出，这一发现简化了对诱导多能干细胞（iPSCs）的修改和定制，有望更快在治疗上取得成果，开发出用于疾病研究和药物测试的模型系统。相关论文在线发表于最近的《分子治疗》上。 CRISPR来自微生物的免疫系统，这种工程编辑系统利用一种酶，能把一段作为引导工具的小RNA切入DNA，就能在此处切断或做其他改变。以往研究表明，通过这些介入，CRISPR能使基因组更有效地产生变化或突变，效率比TALEN（转录激活因子类感受器核酸酶）等其他基因编辑技术更高。但最近研究发现，虽然CRISPR有许多优点，在人类癌细胞系列中，它也可能产生大量“误伤目标”，尤其是对不希望改变的基因做修改。 据物理学家组织网1月6日（北京时间）报道，为了研究这种副作用在人类其他细胞中是否也存在，研究小组用CRISPR和TALEN两种系统在人类的iPSCs中进行实验，让它们在iPSCs中切下已知的基因片段，或切掉后再换上其他的。 他们用JAK2、SERPINA1和AAVS1基因作为模型，JAK2基因变异会导致骨髓紊乱，真性红细胞增多症；SERPINA1基因变异会导致alpha1-抗胰蛋白酶缺乏，这是一种遗传性紊乱，会造成肺和肝脏疾病；而AAVS1最近发现是人类基因组中的“安全港”，可以插入外来基因。 通过比较发现，在这三个基因系统中，如果只是简单地切掉部分基因，CRISPR系统明显比TALEN更有效，产生的剪切是后者的100倍；而在做基因替代操作时，如替代JAK2和SERPINA1中的致病变异，CRISPR和TALEN的效率相当。 研究人员还指出，与人类癌细胞系研究不同的是，无论CRISPR还是TALEN，在人类iPSCs中同样都有着目标特异性，即只瞄准那些为它们设定的目标基因。他们还发现，CRISPR系统比TALEN更有优势：CRISPR可以设计成只瞄准病人体内含有变异的基因，而不影响健康基因，即只影响某个基因的一个副本。这些成果与以往的干细胞研究成果结合，使CRISPR成为一种有用的人类iPSCs基因剪辑工具，其偏离目标的风险更小。 约翰·霍普金斯大学医学院导师叶朝辉（音译）说，他们的研究详细说明了如何将CRISPR技术用于人类iPSCs，展现了该技术在这类细胞中的潜力。“干细胞技术正在迅速发展。我们认为，将iPSCs用于人类治疗的日子已经不远。” 总编辑圈点 TALEN技术是目前商业化最成功的技术，但将单个的TALEN模块进行组装需要大量的分子克隆和测序操作，十分繁琐。CRISPR技术则摆脱了合成并组装具有特异性DNA识别能力蛋白模块的繁琐操作，其工作量大大减少，为构建更高效的基因定点修饰技术提供了全新的平台。这两种技术应用于生物医学领域的历史都不长，但近年来发展却无比迅速。等到哪一天，这些技术编辑基因就如同编辑修改稿件一样自如的时候，就好了。

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