新型CRISPR对象或能经过将RNA复制到基因组中准确润饰基因

2019年11月19日 讯 /BIOON/ --组成性命蓝图的DNA序列变异对任何物种的安康都是至关主要的，不计其数的DNA渐变被以为都邑招致疾病，经由几十年的学和分子生物学研讨后，现在研讨人员在开辟可以改正渐变的基因组编纂对象上获得了宏大的停顿，但因为对象依附于庞杂和互相竞争的细胞进程，基因编纂的效力和精确性似乎遭到了基本性的限制；近日，一项登载在国际杂志Nature上的研讨申报中，研讨者Anzalone等人描绘了一种“查找并交换”（search-and-replace）的基因组编纂技巧，行将两种分子机械相联合来准确改动基因组，该技巧关于生物医学迷信研讨具有直接且深远的影响。

人类对基因组停止改革的尽力早于对基因甚至来源的懂得，第一个基因组工程依附天然变异和经过选择性繁衍的人工选择。比方，古代玉米就是经过9000多年前的人工选择，从其野生型祖先-年夜刍草(Teosinte，墨西哥玉米)退化而来；后来人们认识到DNA序列会影响性命，同时还能应用诱变剂（比方辐射或化学药物）来加强和加快人工退化，这就推进了子女的成长。

图片起源：Randall J. Platt. doi: 10.1038/d41586-019-03392-9

接上去迷信家们发明，修复DNA序列毛病的细胞进程能够会被劫持，其能许可来自外源性模板的DNA序列在DNA断裂时拔出到基因组中，假如DNA被成心毁坏，这个进程就会被年夜年夜增强，这一发明激发了迷信家们20多年来对一种酶类的研讨，这种酶类可以在迷信家们感兴味的随意率性位点来切割DNA，最终研讨人员采取了的CRISPR-Cas9零碎，个中Cas9酶类可以应用一种定制化的RNA导游来在人类细胞中寻觅DNA序列并停止切割。

CRISPR-Cas9零碎可以协助一切研讨人员对基因组停止编纂，这激发了生物医学研讨范畴的一场反动，但是最终其也仅仅是一把可以切割DNA的分子铰剪，因为对DNA的切割对细胞会带来致命性的感化，是以必需经过很多自力门路中的一种对其停止紧迫修复；在基因组编纂的配景下，研讨者所想获得的成果经常是经过DNA来指点修复，从而完成加倍准确地编纂，但年夜多半细胞更爱好应用另一种机制，在这种机制中，DNA模板会被疏忽，而DNA的两个断裂末尾并不会被完满地缝合在一路，这或许就是基因组编纂的次要限制。

过来几年，研讨人员重点集中在将不完满的均衡转化为准确的基因编纂，个中一种无效的战略就是对DNA停止编纂而不割断双螺旋中的两条DNA链，双链的断裂时招致不完满编纂的次要缘由，在这方面的一个里程碑就是对碱基编纂的成长，在该进程中，只切割一条DNA链的Cas9酶能与另一种酶类相联合，但是，碱基编纂的技巧限制及须要修正的不只仅是单个DNA碱基，意味着迷信家们依然急切须要开辟出新型的基因编纂办法。

为此，研讨者Anzalone等人开辟出了一种名为prime编纂(prime editing)的新型基因编纂技巧，该技巧依附于一种混杂分子机械，其包含一个改进版本的Cas9，其金辉切割两条DNA链中的一条，和一个转录酶，同时会在切割位点装置新的和可定制的DNA；这种组合与酵母中天然产生的进程十分类似，在中，与RNA序列绝对应的DNA会经过逆转录酶整合到基因组中去。

prime编纂能被一种工程化、两部门构成的RNA导游停止调理，导游中的“寻觅”部门会指点Cas9进入到DNA靶点的特别序列，从而对个中一条DNA链停止切割，随后，逆转录酶会在RNA导游的交换部位发生与该序列互补的DNA，并将其装置在被切割的个中一个DNA末尾处，从而代替本来的DNA序列。

此时，被润饰的双链DNA会由两条不互补的链构成，即被编纂过的链和未被Cas9割断的完好链，非互补序列在细胞中是不被容忍的，个中一个链必需经过DNA的修复进程来固定从而婚配别的一个链，而完好的链则平日会被优先保存；是以作者平日必需应用第二种RNA导游来指点对完好链的切割，从而添加修复该链以婚配编纂序列的机遇；研讨者经过高效准确地将年夜量序列引入到DNA中，从而展现了prime编纂的多功效性，比方，研讨人员在人类胚胎肾细胞中应用该技巧来改正发生血液镰刀细胞病的渐变，同时还能对激发神经性Tay-Sachs病的渐变停止编纂，这简直完整防止了不完满的编纂，同时研讨者还在体外对人类癌细胞和小鼠神经元停止了编纂。

几十年来，基因组编纂的潜力不断遭到难以停止准确修正的限制，是以好多技巧次要集中在不完满的DNA编纂有效的情形下，这种基因编纂能用来毁坏基因的功效，并未懂得其功效供给了必定的门路；现在prime编纂技巧可以更快更轻易地树立或改正多个特定的渐变，与此前比拟，其可以对更多类型的细胞停止操作。

虽然如斯，prime编纂技巧也尤其局限性，产生在prime编纂组分之间的庞杂、多步分子“跳舞”还无法被猜测，并且其并不老是会如预期那样呈现；是以依然能够呈现不完整的随机编纂，这意味着研讨人员能够须要测试几个组分的分歧组合，从而肯定每个感兴味编纂所须要的编排方法；其次，将年夜型的prime编纂零碎引入到特定的细胞类型中十分具有挑衅性，由于之前很多测验考试都在Cas9零碎中掉败了。