基因编辑新工具:准确纠正DNA"拼写错误"

日期: 2017年11月01日


    

导读:近日,哈佛大学和麻省理工学院的研究人员开发出了一种新工具。从理论上讲,它可以帮助纠正大约15000种遗传性疾病的基因错误。研究论文发表在《自然》杂志,36氪编译了《科学美国人》的相关报道。赛业小编为您推荐“基因编辑新工具:准确纠正DNA‘拼写错误’”,详情如下:

  

“CRISPR-Cas9


在大多数情况下,超过5万种已知的人类遗传性疾病,很少有好的治疗方法,更不用提能够治愈的方法了。现在,哈佛大学和麻省理工学院的研究人员开发出了一种新工具。从理论上讲,它可以帮助纠正大约15000种遗传性疾病的基因错误。研究论文发表在《自然》杂志,36氪编译了《科学美国人》(ScientificAmerican)的相关报道。报道中对研究的主要负责人David Liu进行了采访。


新基因编辑工具 能纠正DNA中的拼写错误


在大多数情况下,超过5万种已知的人类遗传性疾病,很少有好的治疗方法,更不用提能够治愈的方法了。现在,哈佛大学和麻省理工学院的研究人员开发出了一种新工具。从理论上讲,它可以帮助纠正大约15000种遗传性疾病的基因错误——包括镰状细胞病(sickle-cell disease,一种血液病)、囊肿性纤维化(cystic fibrosis,侵犯多脏器的疾病)和几种先天性耳聋和失明。


标准的基因编辑工具,比如著名的CRISPR-Cas9系统,就像剪刀一样,可以将DNA链中有问题的基因切断。这可能对像亨廷顿病(Huntington,随着病情进展逐渐丧失说话、行动、思考和吞咽的能力,病情大约会持续发展10年到20年,并最终导致患者死亡。)这样的由基因材料的复制引起的疾病有帮助。


据首席研究员David Liu介绍,这种名为ABE(腺嘌呤碱基编辑器)的新工具更像是一支编辑笔。它可以让科学家精确地改变单个碱基对,即构成人类基因组“句子”的“字母”,从而可能有助于治疗镰状细胞等疾病,这种疾病可以通过改变基因来治疗。David Liu强调,一种新的工具并不是说要比另一种好,相反,它们可以用来解决不同类型的问题。


但David Liu说,在ABE在人类病人身上试验之前,医生们需要确定,什么时候该干预遗传性疾病。他们还必须弄清楚如何最好地将基因编辑器送到相关细胞中——并证明这种方法是安全有效的,足以对病人产生有利的影响。


基因是由DNA组成的——两个长而平行的分子,被称为核苷酸,由一对化学碱基连接在一起。其中,A(adenine,腺嘌呤)总是与T(thymine,胸腺嘧啶)配对,G(guanine,鸟嘌呤)与C(cytosine,胞嘧啶)结合。但是,当基因配对出错的时候,它有时就会导致疾病。这个新工具(ABE)针对的是基因错误,比如,A-T碱基对的位置本应该是G-C的情况。


David Liu是哈佛大学化学系教授,也是布罗德研究所(Broad Institute)的副主席。他之前与他的学生和博士后研究人员一起,开发了基础编辑器,转换了C-G碱基对与T–A对。(顺序很重要,所以G—C错误不和C—G错误是不一样的。)David Liu也是霍华德?休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute)的研究员。他在前不久的新闻发布会上说,他和其他人一直在研究其他的一些工具,可以纠正DNA中其他类型的“拼写错误”。这让他们找到了ABE。

  

“新基因编辑工具”


新基因编辑工具 能纠正DNA中的拼写错误


ABE的新技术使用了David Liu和他的同事开发的一种酶(enzyme)。它能够重新排列原子,形成一个类似于DNA链中的G的碱基。ABE系统还会对包含T的DNA链进行检测。然后,细胞的修复机制就会发挥作用,修复裂口。在这样做的过程中,细胞会用C代替T,纠正另外一半的碱基对。最终的结果就是造成麻烦的A—T碱基对被转化成一个有益的G—C对。


David Liu和他的同事在实验室的培养皿中使用了ABE,他们能够精确地编辑导致遗传性血色素沉着症(hemochromatosis)的基因——这种疾病不仅会导致身体储存过多的铁元素,导致疼痛、疲劳、虚弱,如果不及时治疗,还会导致肝脏和心脏衰竭。他们还利用ABE安装了一种不同的基因突变来弥补导致镰状细胞病的DNA缺陷。


他说,ABE的基因编辑过程是有效的,在17个测试网站上平均53%的时间中,有效地编辑了基因组中相关的位置。他补充说,ABE只在不到0.1%的时间内造成了不理想的效果。这一成功率基本上和CRISPR在切割基因差不多。


Dirk Hockemeyer是加州大学伯克利分校的一名助理教授,他并没有参与这项广泛的研究。他说,他对这团队的研究工作和新工具印象深刻。但要帮助病人,还有很长的路要走。“在临床应用中,关键问题是:如何让编辑代理进入我想要修复的单元中的位置?”他说。但“如果它能治愈一种疾病,我们都应该为此感到兴奋。”


来源:36氪——由赛业生物科技有限公司转载发布

  

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