基因組編輯技術(shù)CRISPR/Cas9被《科學(xué)》雜志列為2013年年度十大科技進(jìn)展之一，受到人們的高度重視。CRISPR是規(guī)律間隔性成簇短回文重復(fù)序列的簡(jiǎn)稱，Cas是CRISPR相關(guān)蛋白的簡(jiǎn)稱。CRISPR/Cas最初是在細(xì)菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，是細(xì)菌用來(lái)識(shí)別和摧毀抗噬菌體和其他病原體入侵的防御系統(tǒng)。
圖片來(lái)自Thomas Splettstoesser (Wikipedia, CC BY-SA 4.0)
2018年11月26日，中國(guó)科學(xué)家賀建奎聲稱世界上首批經(jīng)過(guò)基因編輯的嬰兒---一對(duì)雙胞胎女性嬰兒---在11月出生。他利用一種強(qiáng)大的基因編輯工具CRISPR-Cas9對(duì)這對(duì)雙胞胎的一個(gè)基因進(jìn)行修改，使得她們出生后就能夠天然地抵抗HIV感染。這也是世界首例免疫艾滋病基因編輯嬰兒。這條消息瞬間在國(guó)內(nèi)外網(wǎng)站上迅速發(fā)酵，引發(fā)千層浪。有部分科學(xué)家支持賀建奎的研究，但是更多的是質(zhì)疑，甚至是譴責(zé)。
即將過(guò)去的11月份，有哪些重大的CRISPR/Cas研究或發(fā)現(xiàn)呢？小編梳理了一下這個(gè)月生物谷報(bào)道的CRISPR/Cas研究方面的新聞，供大家閱讀。
Adv Mater：基因“剪刀”可用于診斷疾病
doi:10.1002/adma.201905311
CRISPR/Cas技術(shù)不僅可以改變基因：根據(jù)弗萊堡大學(xué)的一項(xiàng)研究，通過(guò)使用所謂的基因剪刀，可以更好地診斷癌癥等疾病。在這項(xiàng)研究中，研究人員介紹了一種微流控芯片，該芯片可識(shí)別RNA的小片段，從而比目前可用的技術(shù)更快，更準(zhǔn)確地指示特定類型的癌癥。該結(jié)果最近發(fā)表在科學(xué)雜志“ Advanced Materials”上。
圖片來(lái)源：Www.pixabay.com。
他們對(duì)從四個(gè)被診斷出患有腦腫瘤的孩子的血液樣本中測(cè)試了CRISPR生物傳感器的性能。文章作者，弗萊堡微系統(tǒng)工程師Can Dincer博士解釋說(shuō)：“我們的電化學(xué)生物傳感器的靈敏度比其他使用CRISPR/Cas進(jìn)行RNA分析的應(yīng)用高五到十倍?！?br/>
CRISPR生物傳感器的工作原理如下：將一滴血清與反應(yīng)溶液混合，然后滴到傳感器上。如果它包含靶RNA，則該分子與溶液中的蛋白質(zhì)復(fù)合物結(jié)合并激活基因剪刀-類似于打開門鎖的鑰匙的方式。如此激活后，CRISPR蛋白切斷或切割與信號(hào)分子連接的報(bào)告RNA，從而產(chǎn)生電流。切割導(dǎo)致電流信號(hào)的減少，該電流信號(hào)可以電化學(xué)方式測(cè)量并指示樣品中是否存在所尋求的miRNA。Dincer解釋說(shuō)：“我們的系統(tǒng)的特殊之處在于它無(wú)需復(fù)制miRNA就可以工作，因?yàn)樵谶@種情況下，將需要專用的設(shè)備和化學(xué)藥品。這使我們的系統(tǒng)成本低廉，并且比其他技術(shù)或方法要快得多?！?/span>
Nat Biotechnol：科學(xué)家成功利用CRISPR技術(shù)實(shí)現(xiàn)劑量依賴性的基因表達(dá)激活
doi:10.1038/s41587-019-0296-7
近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Nature Biotechnology上的研究報(bào)告中，來(lái)自北卡羅來(lái)納大學(xué)Eshelman藥學(xué)院等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過(guò)研究開發(fā)了一種新方法，能夠利用CRISPR基因編輯技術(shù)進(jìn)行劑量依賴性的基因表達(dá)激活，文章中，研究人員描述了如何利用這種技術(shù)以一種可替換的方法來(lái)改變基因表達(dá)以及其工作的原理和機(jī)制。
此前研究結(jié)果表明，CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)能抑制或激活基因的表達(dá)，但截至目前為止，其并不能用來(lái)促進(jìn)劑量依賴性的基因表達(dá)激活；這項(xiàng)研究中，研究人員就發(fā)現(xiàn)了一種新方法，其能利用化學(xué)表觀遺傳修飾物（CEMs，chemical epigenetic modifiers），通過(guò)使用部分內(nèi)源性染色質(zhì)-激活器來(lái)激活所需的基因進(jìn)行表達(dá)，這或許就能消除外源性轉(zhuǎn)錄激活劑的必要性。
研究者發(fā)現(xiàn)的新方法包括兩種組分，其中第一種就是Cas9，其能與結(jié)合蛋白FKBP一起催化失活；第二種就是利用FK506制造的CEM，其能與特殊的分子相關(guān)聯(lián)，而這種分子則能與所需的細(xì)胞表觀遺傳機(jī)器相互作用；具體地說(shuō)，這種新方法能夠制造激活CEM的分子，而該分子能幫助尋找基因激活機(jī)器，包括CEM114、CEM87和CEM88，諸如此類分子能與不同的酶類相結(jié)合，上述兩個(gè)組分能被用來(lái)以研究者需要的方式激活基因的表達(dá)。
美國(guó)科學(xué)家首次在國(guó)內(nèi)利用CRISPR基因編輯技術(shù)治療癌癥患者
新聞來(lái)源：Doctors try CRISPR gene editing for cancer, a 1st in the US
近日，來(lái)自美國(guó)的科學(xué)家們首次嘗試使用基因編輯工具—CRISPR來(lái)治療癌癥患者，截至目前為止，接受治療的3名患者似乎是安全的，目前研究人員還無(wú)法確定是否能夠利用CRISPR來(lái)提高癌癥患者的生存率。
臨床醫(yī)生利用來(lái)自患者機(jī)體的免疫細(xì)胞，對(duì)其進(jìn)行遺傳改造來(lái)幫助患者機(jī)體識(shí)別并抵御癌癥，同時(shí)給患者帶來(lái)的副作用較??；這種基于CRISPR技術(shù)的療法能有效剔除患者機(jī)體的三個(gè)基因，這些基因能夠阻擋患者機(jī)體的免疫細(xì)胞攻擊癌細(xì)胞；來(lái)自賓夕法尼亞大學(xué)的研究者Edward Stadtmauer表示，這是迄今為止我們嘗試過(guò)的最復(fù)雜的基因和細(xì)胞工程技術(shù)操作，如今研究證據(jù)表明，我們能夠安全地對(duì)患者機(jī)體的免疫細(xì)胞進(jìn)行基因編輯。
研究者表示，2-3個(gè)月后，一名患者的病情繼續(xù)出現(xiàn)了惡化，另外一名患者的病情則相對(duì)穩(wěn)定，由于第三名患者接受治療的時(shí)間較短，研究人員并不清楚其后期的疾病進(jìn)展?fàn)顩r，研究者計(jì)劃再對(duì)15名患者進(jìn)行治療，并評(píng)估治療的安全性和療效；目前針對(duì)其它血液癌癥的細(xì)胞療法已經(jīng)取得了很大的成功，其治愈了很多無(wú)法治愈的疾病，而基因編輯為改善這些疾病的治療也提供了一定的希望。基因編輯技術(shù)能永久性地改變DNA從而阻斷疾病根源，CRISPR是一種能在特異性位點(diǎn)切斷DNA的工具，長(zhǎng)期以來(lái)科學(xué)家們一直在實(shí)驗(yàn)室使用該工具來(lái)治療其它疾病。
這項(xiàng)研究中，研究人員目的并不在于改變個(gè)體機(jī)體的DNA，而是試圖通過(guò)改變患者機(jī)體的DNA來(lái)給予其強(qiáng)大的抗癌能力（另外一種免疫療法）。有報(bào)道顯示，中國(guó)科學(xué)家已經(jīng)在癌癥患者機(jī)體中開展了這樣的試驗(yàn)，但這項(xiàng)研究是首次在國(guó)外進(jìn)行這樣的研究報(bào)道，其如此新穎以至于需要得到美國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)花費(fèi)兩年時(shí)間才能得到批準(zhǔn)。目前這項(xiàng)臨床試驗(yàn)的早期結(jié)果由美國(guó)血液學(xué)會(huì)公布，具體細(xì)節(jié)將會(huì)12月的年會(huì)上進(jìn)行公布。
參與該項(xiàng)臨床試驗(yàn)的三名患者中有兩名是多發(fā)性骨髓瘤（一種血液癌癥）患者，另一名為肉瘤患者，所有患者接受多種標(biāo)準(zhǔn)化療法均沒(méi)有效果，并沒(méi)有更好的治療選擇。研究者將患者的血液提取過(guò)濾來(lái)取出T細(xì)胞，并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行改造重新輸注回患者體內(nèi)，研究者旨在對(duì)患者進(jìn)行一次性治療，這些細(xì)胞能夠在患者體內(nèi)重新繁殖并且充當(dāng)一種活體藥物對(duì)癌細(xì)胞進(jìn)行攻擊。
Nature：新型CRISPR工具或能通過(guò)將RNA復(fù)制到基因組中精確修飾基因
doi:10.1038/d41586-019-03392-9
構(gòu)成生命藍(lán)圖的DNA序列變異對(duì)任何物種的健康都是至關(guān)重要的，成千上萬(wàn)的DNA突變被認(rèn)為都會(huì)導(dǎo)致疾病，經(jīng)過(guò)幾十年的遺傳學(xué)和分子生物學(xué)研究后，如今研究人員在開發(fā)能夠糾正突變的基因組編輯工具上取得了巨大的進(jìn)展，但由于工具依賴于復(fù)雜和相互競(jìng)爭(zhēng)的細(xì)胞過(guò)程，基因編輯的效率和準(zhǔn)確性似乎受到了根本性的限制；近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Nature上的研究報(bào)告中，研究者Anzalone等人描述了一種“查找并替換”（search-and-replace）的基因組編輯技術(shù)，即將兩種分子機(jī)器相結(jié)合來(lái)精確改變基因組，該技術(shù)對(duì)于生物醫(yī)學(xué)科學(xué)研究具有直接且深遠(yuǎn)的影響。
圖片來(lái)源：Randall J. Platt. doi: 10.1038/d41586-019-03392-9
這種名為prime編輯(prime editing)的基因組編輯技術(shù)依賴于一種混合分子機(jī)器，其包括一個(gè)改良版本的Cas9，其僅切割兩條DNA鏈中的一條，和一個(gè)轉(zhuǎn)錄酶，同時(shí)會(huì)在切割位點(diǎn)裝載新的和可定制的DNA；這種組合與酵母中自然發(fā)生的過(guò)程非常相似，在酵母中，與RNA序列相對(duì)應(yīng)的DNA會(huì)通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄酶整合到基因組中去。
prime編輯能被一種工程化、由兩部分組成的向?qū)NA（gRNA）進(jìn)行調(diào)節(jié)，gRNA中的“尋找”部分會(huì)指導(dǎo)Cas9進(jìn)入到DNA靶點(diǎn)的特殊序列，從而對(duì)其中一條DNA鏈進(jìn)行切割，隨后，逆轉(zhuǎn)錄酶會(huì)在gRNA的“替換”部分上產(chǎn)生與該序列互補(bǔ)的DNA，并將其裝載在兩個(gè)被切割的DNA末端中的一個(gè)上，從而取代原來(lái)的DNA序列。
此時(shí)，被修飾的雙鏈DNA會(huì)由兩條不互補(bǔ)的鏈組成，即被編輯過(guò)的鏈和未被Cas9切斷的完整鏈，非互補(bǔ)序列在細(xì)胞中是不被容忍的，其中一個(gè)鏈必須通過(guò)DNA的修復(fù)過(guò)程來(lái)固定從而匹配另外一個(gè)鏈，而完整的鏈則通常會(huì)被優(yōu)先保留；因此作者通常必須使用第二種RNA向?qū)?lái)指導(dǎo)對(duì)完整鏈的切割，從而增加修復(fù)該鏈以匹配編輯序列的機(jī)會(huì)；研究者通過(guò)高效精確地將大量序列引入到DNA中，從而展示了prime編輯的多功能性，比如，研究人員在人類胚胎腎細(xì)胞中使用該技術(shù)來(lái)糾正產(chǎn)生血液鐮刀細(xì)胞病的突變，同時(shí)還能對(duì)引發(fā)神經(jīng)性Tay-Sachs病的突變進(jìn)行編輯，這幾乎完全避免了不完美的編輯，同時(shí)研究者還在體外對(duì)人類癌細(xì)胞和小鼠神經(jīng)元進(jìn)行了編輯。
盡管如此，prime編輯技術(shù)也尤其局限性，發(fā)生在prime編輯組分之間的復(fù)雜、多步分子“舞蹈”還無(wú)法被預(yù)測(cè)，而且其并不總是會(huì)如預(yù)期那樣出現(xiàn)；因此仍然可能出現(xiàn)不完全的隨機(jī)編輯，這意味著研究人員可能需要測(cè)試幾個(gè)組分的不同組合，從而確定每個(gè)感興趣編輯所需要的編排方式；其次，將大型的prime編輯系統(tǒng)引入到特定的細(xì)胞類型中非常具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)橹霸S多嘗試都在Cas9系統(tǒng)中失敗了。
Vertex揭示了在首批接受CRISPR/Cas9基因編輯療法患者中激動(dòng)人心的數(shù)據(jù)
新聞來(lái)源：Vertex reveals promising data from first CRISPR-treated patients
Vertex及其合作伙伴CRISPR Therapeutics公布了其CRISPR/Cas9基因編輯療法CTX001治療的前兩名患者的初步陽(yáng)性數(shù)據(jù)。令人印象深刻的數(shù)據(jù)表明，這兩名患有嚴(yán)重血紅蛋白病，分別為依賴輸血的β地中海貧血（TDT）和嚴(yán)重的鐮狀細(xì)胞?。⊿CD）的患者很可能可以通過(guò)該療法被治愈。
TDT患者于2019年第一季度接受了CTX001，該患者的數(shù)據(jù)反映了9個(gè)月的安全性和有效性隨訪。在參加研究之前，TDT患者每年需要輸血16.5次。在CTX001治療的9個(gè)月間，患者是不進(jìn)行輸血的，總血紅蛋白水平為11.9g/dL，10.1g/dL胎兒血紅蛋白和99.8％的F細(xì)胞。
在參加研究之前，SCD患者每年經(jīng)歷7次血管閉塞危機(jī)（VOC）。CTX001輸注后四個(gè)月，患者無(wú)VOC，總血紅蛋白水平為11.3g/dL，胎兒血紅蛋白為46.6％，F(xiàn)細(xì)胞為94.7％。
但是，兩名患者在用CTX001治療期間均出現(xiàn)了副作用，但主要研究者并未將這些不良事件視為與研究治療有關(guān)。副作用被認(rèn)為與接受CRISPR治療的準(zhǔn)備有關(guān)，患者必須先接受化療以破壞其舊的骨髓細(xì)胞，這可能會(huì)引起不良事件。
Vertex首席執(zhí)行官Jeffrey Leiden說(shuō)："我們今天宣布的數(shù)據(jù)令人矚目，并證明CTX001有潛力成為鐮刀狀細(xì)胞病和β地中海貧血患者基于CRISPR/Cas9的治愈性基因編輯療法。"
Nat Commun：如何利用“DNA修復(fù)錯(cuò)誤”機(jī)制治療疾??？
doi:10.1038/s41467-019-12829-8
近日，由日本京都和加拿大蒙特利爾的研究人員開發(fā)的一種新的生物信息學(xué)工具M(jìn)Hcut揭示，DNA損傷的自然修復(fù)系統(tǒng)——“微同源性介導(dǎo)的末端連接”，在人類細(xì)胞中發(fā)生的幾率可能比以往人們認(rèn)為的要普遍得多。研究人員使用MHcut和商業(yè)基因組編輯技術(shù)，以極高的精確度在ips細(xì)胞中創(chuàng)建了突變，從而無(wú)需患者樣本即可對(duì)疾病進(jìn)行建模。因此，即使在患者樣本稀少或無(wú)法獲得的情況下，也將使疾病的研究變得更加容易。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。
通過(guò)使用MHcut基因分析工具。Janin Grajcarek發(fā)現(xiàn)人類基因組中所有缺失突變的57％都位于微同源序列（至少三個(gè)堿基對(duì)）的兩側(cè)，這一數(shù)字比預(yù)期大得多。Grajcarek相信，這些缺失將使人們對(duì)基因組功能產(chǎn)生新的見(jiàn)解。
當(dāng)下流行的基因編輯技術(shù)（例如CRISPR / Cas9）是通過(guò)利用天然DNA修復(fù)系統(tǒng)（例如非同源末端連接，同源性定向修復(fù)和MMEJ）進(jìn)行操作。Woltjen的團(tuán)隊(duì)在較早的工作中表明，MMEJ相比其他系統(tǒng)提供了更高的精度。在MHcut的幫助下，這項(xiàng)新研究向科學(xué)家展示了如何在人類基因組中鑒定通過(guò)MMEJ重建的缺失突變。
7.俄羅斯科學(xué)家已在人類卵子中開展旨在校正耳聾基因突變的基因編輯實(shí)驗(yàn)
新聞來(lái)源：Russian ‘CRISPR-baby’ scientist has started editing genes in human eggs with goal of altering deaf gene
俄羅斯生物學(xué)家Denis Rebrikov已開始對(duì)具有正常聽(tīng)力的女性捐贈(zèng)的卵子進(jìn)行基因編輯，以了解如何讓一些聾啞夫婦生下沒(méi)有攜帶損害聽(tīng)力的基因突變的孩子。這個(gè)消息在他于今年10月17日發(fā)送給Nature期刊的電子郵件中有詳細(xì)說(shuō)明。它是今年6月份開始的一系列事件中的最新一起，當(dāng)時(shí)Rebrikov告訴Nature期刊他有意利用流行的CRISPR工具制造出抵抗HIV感染的基因編輯嬰兒，當(dāng)然這一意圖備受爭(zhēng)議。
Rebrikov的這封最新電子郵件是在今年9月俄羅斯雜志N+1上發(fā)表的一篇報(bào)道之后發(fā)送的。該報(bào)道稱，一對(duì)聾啞夫婦已經(jīng)開始了采卵程序，所獲得的卵子將被用來(lái)制造一個(gè)基因編輯嬰兒，不過(guò)Rebrikov已進(jìn)行過(guò)基因編輯的卵子來(lái)自沒(méi)有攜帶損害聽(tīng)力的基因突變的女性。他說(shuō)，這些實(shí)驗(yàn)的目的是更好地了解潛在有害的“脫靶”突變，這是使用CRISPR-Cas9對(duì)胚胎進(jìn)行基因編輯所面臨的一種已知的挑戰(zhàn)。
Rebrikov在他發(fā)送給Nature期刊的電子郵件中明確表示，他尚不打算制造這樣的一個(gè)嬰兒。此前有報(bào)道稱，他計(jì)劃在今年10月申請(qǐng)?jiān)谂泽w內(nèi)植入基因編輯胚胎，但是這一計(jì)劃已被推遲。
不過(guò)，他說(shuō)他將很快公布其卵子實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，這些實(shí)驗(yàn)涉及測(cè)試?yán)肅RISPR修復(fù)從攜帶與耳聾相關(guān)的GJB2基因突變的人身上獲得的體細(xì)胞中這種基因突變的能力。如果沒(méi)有采取干預(yù)措施（比如使用助聽(tīng)器或人工耳蝸），那么攜帶具有兩個(gè)GJB2突變拷貝的人將聽(tīng)不到聲音。Rebrikov說(shuō)，這些結(jié)果將為臨床研究打下基礎(chǔ)。
轉(zhuǎn)載于towersimper 生物谷
浙公網(wǎng)安備33010802007965號(hào)