Science:CRISPR 不止能用于基因编辑

日期: 2017年11月24日


    

导读:近日,顶尖学术期刊《科学》在线发表的一篇文章让我们重新审视CRISPR这套系统的应用潜力。来自哥伦比亚大学(Columbia University)的华人学者Harris Wang教授把它改造成了“录音笔”,用来记录生物体内转瞬即逝的生理信号。下面,赛业小编为您推荐“Science:CRISPR不止能用于基因编辑”,详情如下:


说到CRISPR,许多人的第一反应是以CRISPR-Cas9为代表的基因编辑手段。没错,这一技术是CRISPR系统在当下最为火热的应用,也是基因疗法领域最富潜力的工具之一。但你要以为CRISPR只能用于基因编辑,那可就大错特错了。

  

本研究的主要负责人Harris Wang教授
▲本研究的主要负责人Harris Wang教授(图片来源:哥伦比亚大学)


今日,顶尖学术期刊《科学》在线发表的一篇文章让我们重新审视CRISPR这套系统的应用潜力。来自哥伦比亚大学(Columbia University)的华人学者Harris Wang教授把它改造成了“录音笔”,用来记录生物体内转瞬即逝的生理信号。


要看懂这个研究,我们先说说CRISPR本身。CRISPR-Cas9系统的巨大成功让人们在潜意识里将CRISPR-Cas等同于精准的基因“魔剪”,却忽略了它本身其实是细菌体内的“免疫系统”。在细菌里,CRISPR-Cas系统能把外来病毒的DNA片段切断,并整合到自己的CRISPR位点中。一旦将来有同样的病毒入侵,细菌就能根据自己在CRISPR位点存下的“通缉令”,快速产生抗病毒反应。


Wang教授的团队意识到,CRISPR-Cas系统的这一特性使细菌的基因组能按时间顺序,记录下它们及其祖先曾接触过的病毒信息。该研究的第一作者Ravi Sheth从中产生了灵感:“我们能记录转瞬即逝、不断变化的电信号或者是声音。这些技术非常强大。我们能不能想出一个办法,把类似的技术应用到活体细胞里呢?”

  

生理信息能被储存在细菌的CRISPR位点
▲生理信息能被储存在细菌的CRISPR位点里(图片来源:哥伦比亚大学)


为了打造这样一款生理信息的“录音笔”,Wang教授的团队合成了两种特殊的质粒。其中一种质粒能对外来的特定生理信号做出反应,并随之扩增;另一种质粒则能表达CRISPR-Cas系统的元件。按研究人员们的设想,在没有外来生理信号的情况下,后者会不断往细菌的CRISPR位点里插入“空白序列”。而当外来信号出现时,前者就会启动,在CRISPR位点里留下自己的印记。在一段时间过后,只要对这些细菌体内的CRISPR位点进行测序和分析,就能知道是否存在研究人员想要监控的生理信号。根据“印记”的产生位置,我们甚至还能反推出生理信号的出现时间!


实验验证了这一思路的可行性。在本项研究中,研究人员显示,在大肠杆菌里,这套系统能同时记录至少3种不同的生理信号,并能持续记录数日。

  

这套系统能连续追踪生理信号数日▲这套系统能连续追踪生理信号数日(图片来源:哥伦比亚大学)


“当患者们吞下这些细菌,或许就能记录下整个消化道中的变化。过去,这是一块难以企及的区域。现在,我们提供了一种前所未有的方法。”Wang教授说道。此外,研究人员们也表示,这一工具有望被用在环境科学、生态学、以及微生物学中,记录这些细菌所接收到的外在刺激。


这是合成生物学家们首次用CRISPR技术记录特定的细胞生理信号。“接下来,我们计划寻找在健康和生病状态下的多种标志物。”Wang教授补充说。这能进一步把这套系统应用于医学。

  

不同细菌能记录不同的生理信号▲不同细菌能记录不同的生理信号(图片来源:哥伦比亚大学)


参考资料:


[1]World's smallest tape recorder is built from microbes


[2]Multiplex recording of cellular events over time on CRISPR biological tape


来源:学术经纬——由赛业生物科技有限公司转载发布

  

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