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“手術刀”VS“鋼鋸”耶魯創造基因編輯技術

發布時間:2019-09-09 16:59 作者:biorun 來源:未知 點擊: 字號:

  “手術刀”VS“鋼鋸”,耶魯創造更精準高效基因編輯技術

  耶魯大學的研究人員于11月16日在Cell上發表文章,聲稱創造了一種更精確、更有效的技術來編輯活生物體的基因組,這種能力正在改變醫學和生物技術。

  “你可以將現有將技術認為是鋼鋸而此方法是手術刀,能夠使我們在真核細胞基因組內多個位點、高效地做精確的遺傳修飾。”通訊作者,耶魯的分子生物學副教授Farren Isaacs形象的說。

  現有例如CRISPR/Cas9這樣的基因編輯技術,引入遺傳修飾通常會打斷兩股DNA鏈。有時這些斷裂并不是固定的,修復會產生微小的DNA序列錯誤,從而改變功能。而這種新方法消除了基因組編輯技術的一些缺陷,使科學家能夠準確插入或消除DNA中的基因。

  第一作者Edward Barbieri也認為“打斷基因中和創造錯誤是不正確的編輯。”由于新方法不依賴于DNA的雙鏈斷裂,編輯過程在感興趣的基因組區域是高度可控的,能夠產生很多精準和多樣的修改。

  原理

  實驗圖示來源Cell

  這種新的基因編輯方法——真核多重基因組工程(eMAGE),是基于DNA復制的滯后鏈來合成單鏈寡核苷酸(ssODNs)。該機制不需要RAD51蛋白(真核生物體內的一種重組蛋白,相當于原核生物的RecA)就可進行定向同源重組,避免了DNA雙鏈斷裂的產生,使染色體在單堿基分辨率上產生精確改變,且效率大于40%,在靶向基因位點不會產生意外突變。

  在實驗中同時加入多達12個寡核苷酸,在一次轉化中完成多達60個有針對性的突變。而用一個復雜的寡核苷酸池進行迭代轉化,可以迅速產生大于105的組合基因組多樣性。

  研究小組在酵母中用新的基因編輯方法,實施了DNA復制和修復功能,這樣就可以在基因組的許多不同區域插入新的遺傳信息,而不產生雙鏈斷裂。這種方法被用來在酵母β-胡蘿卜素生物合成途徑產生多種遺傳變異,以及在啟動子、基因和終止子中產生精確突變,從而改變類胡蘿卜素的含量。

  前景

  這種新改進的基因編輯技術可以加快取代致病基因,識別并產生天然抗生素或抗癌藥物以及刺激新的工業生物技術產品的創造速度。該小組的方法被用來產生近一百萬個組合遺傳變異,以便在許多基因組位點引入精確的遺傳變化,從而改變基因表達和代謝。這種對DNA景象復制、修復和重組的保守過程可以實現自動化,并可以在真核生物中的多重組合基因組工程建立一個通用策略。

  Isaacs說:“我們可以創造大量的突變組合,這為我們提供了前所未有的工具來識別疾病的驅動性突變和從根本上重新重編程細胞行為。我們的目標是進一步發展技術和擴大到多細胞生物上。”

  參考資料

  1) Precise Editing at DNA Replication Forks Enables Multiplex Genome Engineering in Eukaryotes

  2) Team's advance allows gene editing with surgical precision

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