Nature子刊诠释CRISPR全新用途

日期: 2017年11月27日


    

导读:由弗吉尼亚联邦大学Jason Reed博士领导的一个科学小组研发出了一种新技术,未来也许可以用于新的遗传突变诊断和治疗。这种新技术将高速原子力显微镜(AFM)和基于CRISPR的化学条形码技术结合起来绘制DNA,能达到与DNA测序一样的精确度,而且处理基因组大片段的速度更快。更重要的是,这种技术可以通过谱图的DVD播放器部件供电。赛业小编为您推荐“Nature子刊诠释CRISPR全新用途”,详情如下:


由弗吉尼亚联邦大学Jason Reed博士领导的一个科学小组研发出了一种新技术,未来也许可以用于新的遗传突变诊断和治疗。这种新技术将高速原子力显微镜(AFM)和基于CRISPR的化学条形码技术结合起来绘制DNA,能达到与DNA测序一样的精确度,而且处理基因组大片段的速度更快。更重要的是,这种技术可以通过谱图的DVD播放器部件供电。


这一研究成果公布在Nature Communications杂志上。


人类基因组由数十亿个DNA碱基对组成,如果将其解开,大约有将近六英尺长。当细胞分裂时,重要的一步就是将其DNA拷贝给新细胞。然而,有时DNA的各个部分被错误地复制,或在错误的位置粘贴在一起,导致产生包括癌症在内的疾病基因突变。DNA测序过程非常精确,可以分析DNA的单个碱基对,但如果要分析基因组中的大片段,从而发现基因突变的话,研究人员就必须确定数以百万计的微小序列,然后用计算机软件将它们拼凑在一起。另一方面,诸如荧光原位杂交(FISH)之类的生物医学成像技术只能以几十万碱基对的分辨率来分析DNA。


Reed博士想到了一个好办法,他设计了一种告诉AFM技术,可以数十个碱基对的分辨率绘制DNA,但以高达一百万个碱基对的分辨率来创建图像。这种方法采用的是DNA测序所需的一小部分标本来完成。


“DNA测序是一个强大的工具,但它仍然相当昂贵,并有一些技术和功能的局限性,使得这一技术难以有效和准确地绘制大面积的基因组”,Reed博士说,“我们的这个方法弥补了DNA测序和其他缺乏分辨率的物理制图技术之间的差距,它可以作为一个独立的方法使用,也可以在测序过程中,将分析期间分析的小片段基因拼接在一起,减少复杂性和错误”。


1989年,IBM的科学家开发出了原子力显微镜技术,这令他们站上了头条新闻。当时这些科学家利用这一技术在原子级别上重新排列分子,拼出了“IBM”的字样。其实原子力显微镜(AFM)是STM的后代产品,通过对非导电材料进行成像而开辟了显微镜的全新应用领域。然而,传统的原子力显微镜对于医学应用而言太慢,因此主要被材料科学工程师所使用。


“我们的这一装置与AFM的工作方式相同,但是我们将样品以更快的速度移动通过触针,并使用光学仪器来检测触针和分子之间的相互作用,我们可以达到与传统AFM相同的细节水平,但是处理材料的速度提高了一千倍以上”,Reed说,他的团队证明了这项技术可以通过使用DVD播放器中的光学设备拓宽用途。“高速AFM非常适用于某些医疗应用,因为它可以快速处理材料,并提供比同类成像方法高数百倍的分辨率。”


提高AFM的速度只是Reed等人需要克服的障碍之一。为了真正鉴定DNA中的基因突变,他们还必须开发出一种方法,在DNA分子表面放置标记或标记,识别模式和不规则性。一种巧妙的化学条码解决方案是CRISPR技术。


CRISPR最近在基因编辑方面占据了许多头条,Reed的团队改变了CRISPR的化学反应条件,使其只能粘附在DNA上,而没有切割片段。


Reed说:“由于CRISPR酶是一种物理上比DNA分子大的蛋白质,所以对于这种条形码应用来说是非常完美的。我们惊讶地发现利用这种方法绑定DNA分子的效率接近90%,而且由于很容易看到CRISPR蛋白,所以可以在DNA模式中发现基因突变。”


为了证明该技术的有效性,研究人员绘制了淋巴瘤患者淋巴结活检中存在的遗传易位。当DNA的一部分被复制并粘贴到基因组中的错误位置时,就会发生易位,这在血液癌症如淋巴瘤中特别普遍。


原文标题:DNA nanomapping using CRISPR-Cas9 as a programmable nanoparticle


来源:生物通——由赛业生物科技有限公司转载发布

  

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