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【Nature子刊】编辑人类细胞基因的新方法!

作者:上海盎真科技有限公司 浏览: 发表时间:2022-01-11 14:46:17

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简介:在过去十年中,CRISPR 基因组编辑系统彻底改变了分子生物学,使科学家能够改变活细胞内的基因以进行研究或医学应用。现在,格莱斯顿研究所的研究人员使用称为逆转录加速器的分子微调了另一个有效的基因编辑系统。
研究小组在《自然化学生物学》杂志上报告说,逆转录加速器可以针对效率进行优化,并用于编辑从真菌到人类细胞等多种细胞类型的基因。这项研究的标题是“使用来自retron的DNA进行跨生命王国的精确基因组编辑”。

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Gladstone 副研究员、新研究的高级作者 Seth Shipman 博士说:“这项工作确实巩固了作为跨生物体使用的平台。我们可以做的比目前的方法更多。更容易、更快、更多地对基因进行精确的改变。”有效率的。”

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目前大多数基于 CRISPR 系统的基因编辑技术都涉及切割细胞基因组 DNA 的一部分,然后引入称为“模板 DNA”的新遗传物质来代替它。当细胞修复现有基因被切割的地方时,模板DNA被整合。

这种模板 DNA 通常是在实验室中产生,然后从外部引入细胞。切割细胞基因组的 Cas9 蛋白是单独递送的。 Cas9 和模板 DNA 都不能穿透每个细胞,从而限制了 CRISPR 基因编辑的效率。

然而,逆转录酶就像 DNA 工厂一样,从细胞内部产生大量模板 DNA 拷贝。而且,retrons 可以与 CRISPR 的其余部分一起传递,因此细胞可以同时获得基因编辑所需的所有材料——模板 DNA、Cas9,并帮助研究人员跟踪编辑过程的分子的遗传密码。

新论文的第一作者、Shipman 实验室的研究生 Santiago Lopez 说:“这意味着我们只需要在每个细胞中引入一个元素。这极大地简化了过程,并为新型实验打开了大门。”

修改retrons

Retron 和 CRISPR 都起源于细菌;两者都是细菌用来改变其 DNA 以应对感染的防御机制。 CRISPR基因组编辑问世后,选择CRISPR系统选择性靶向其他细胞类型的基因,一些研究人员开始探索是否可以使用retron为精确基因编辑提供模板。然而,retrons 结构的不同部分在其功能中的作用,以及如何调整这些部分以改善retrons,尚不清楚。

加州大学旧金山分校生物工程和治疗科学助理教授希普曼说:“retroron 系统的进化是为了帮助抵御细菌,但我们想改变它的正常功能来做我们想做的事情。” --生成基因编辑模板。”

在这项新研究中,Shipman 的团队设计了大肠杆菌逆转录酶以产生数百种新变体。他们测试了每个新变体,并发现了一系列变化,这些变化共同导致大肠杆菌细胞中由retron 最终产生的模板 DNA 增加了 8 到 10 倍。

接下来,研究人员在酿酒酵母和培养的人类细胞中测试了新的重组retron系统,他们发现优化的系统在所有情况下都有效。这是人类细胞中retron的首次证明及其跨细胞类型的可移植性。

由于该团队现在可以精确调整逆转录酶产生多少模板 DNA,他们还能够证明当逆转录酶产生高水平的模板 DNA 时基因编辑效率会提高。

希普曼说:“我们的研究首次表明,我们可以生成的模板 DNA 更多越多,基因组编辑就越好。更好、更精确的编辑最终意味着更有效、更安全的基因组医学和更先进的基础研究。 "

从细菌中提取工具

Retrons 作为在实验室中编辑不同细胞类型基因的研究工具是快速而有用的,”Shipman 说。虽然该平台尚未准备好用于人类,但它也可能有助于编辑用于治疗目的的基因——例如,通过修复引起疾病的基因突变。

由于不同的细菌含有不同的retron,他的团队还计划探索其他retron变体是否比本研究中更优化的大肠杆菌retron更有益。

希普曼说:“我们正在采取一种通用方法,挖掘我们在细菌中发现的部分并将它们驯化以供我们自己使用。这对于开发新工具非常有效,但我认为我们才刚刚开始获得应用的好处这些生物技术工具。”

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