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防止CRISPR基因驱动“外逃”的两个可行策略

日期: 2019年01月24日


    

防止CRISPR基因驱动“外逃”的两个可行策略

 

他们的发现首次报道在bioRxiv,今天被eLife刊登,表明科学家可以有效地利用合成靶点和分裂驱动来进行基因驱动研究,而不用担心在整个自然种群中造成意外传播。

 

基因驱动(Gene drives),例如广为人知的疟蚊试验,是人工设计用于在种群之间传播的基因包。它们通过一个叫“驱动转换”的过程来实现,在这个过程中,Cas9酶和引导RNA(gRNA)切割基因组特定位置。当DNA断裂被修复后,整个驱动器就会被复制进来。

 

康奈尔大学生物统计与计算生物学系博士后、文章一作Jackson Champer解释说:“基于CRISPR的基因驱动激发了人们的热情,并引起了深切关注,因为它们有可能改变整个物种基因,这就提出了一个问题——我们是否有能力防止这种驱动力从实验室意外传播到自然世界。”

 

“目前防止意外传播的策略包括物理限制携带驱动器的生物体。然而,考虑到人类可能犯错,这是否能降低任何意外野外逃亡的可能性尚不确定。”

 

最近新提出了两种分子保护策略,而且不仅局限于研究生物。第一个是合成靶点驱动,它包含了野外生物中不存在的基因工程位点。第二种是分裂驱动,其中驱动结构缺少一种叫做内切酶的酶,而依赖于一种位于远端的工程酶。

 

“这些策略的性质意味着它们应该可以有效地预防实验室逃逸,”Champer补充道。“我们想看看它们是否都具有标准归位驱动器相似的性能,以及它们是否因此适合成为早期基因驱动器研究的替代品。”

 

为此,研究小组设计并测试了黑腹果蝇的三个合成靶点驱动,每个驱动都针对一个增强型绿色荧光蛋白基因(egfp),该基因被导入到基因组的三个不同位点之一。对分裂驱动器,他们设计了一个驱动器结构,针对X连锁基因“黄体(yellow)”并缺少Cas9.

 

分析表明,具有合成靶点(如egfp)的CRISPR基因驱动器表现出与标准驱动器相似的行为,证明许多测试都可以用它们替代。分离驱动器亦表现出类似的性能,也允许在合成靶向难以使用的情况下以自然序列为靶点,包括需要以天然发生基因为靶标而针对的群体抑制驱动。

 

“根据我们的研究结果,我们建议未来基因驱动开发和测试应始终采用这些保护策略,”康奈尔大学生物统计与计算生物学系助理教授Philipp Messer说。“这对于旨在提高我们对候选驱动器预期种群动态的理解的大型笼式实验来说非常重要。对理解并讨论将驱动器成功释放到野外的可能性和风险性至关重要。”

 

原文检索:Molecular safeguarding of CRISPR gene drive experiments

 

转载标题:防止CRISPR基因驱动“外逃”的两个可行策略

 

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