基因編輯技術新突破！科學家可以一次編輯多個基因組片段

寇建超

有人說，基因編輯就像一個“潘多拉魔盒”，一旦打開，就很難合上了。事實證明，所有技術都是一把雙刃劍，基因編輯也同樣如此。它既能帶給我們難以預料的風險和倫理道德問題，也能幫助我們更好地認識人類本身。而且，對于疾病產生的原因以及抑制疾病的方法，基因編輯起著不可替代的作用。基因編輯研究的進展，一直是人們關注的重點。

3月16日，《自然生物科技》雜志在線發表了一項新研究，來自多倫多大學泰倫斯，唐納利細胞及生物分子研究中心的科學家通過使用一種名為“CHvMErA”的基因編輯方法，可以同時編輯基因組中的多個位點。

這一技術突破，有望幫助科研人員深入理解不同DNA片段如何在健康和疾病中協同作用。基于CRISPR的基因編輯技術徹底改變了人類基因組的研究，它使得科研人員可以通過精確敲除人體內的任何基因來獲取對相關基因所具有功能的認知，但這類方法依然具有一些不足之處。比如，不能同時切除同一細胞中的多個基因或基因片段，這種類型的基因組手術是科學家了解基因組不同部分在正常生理和疾病情況下如何協同工作的關鍵。

日前，來自多倫多大學泰倫斯，唐納利細胞及生物分子研究中心的分子遺傳學教授Benjamin Blencowe和Jason Moffat分別領導的兩支團隊，共同提出了一種名為“CHyMErA”（Cas Hybrid for Multiplexed E出ting and ScreeningApplications）的基因編輯新方法。研究人員表示，這一方法可以同時對多個位置的DNA進行編輯，并應用于任何類型的哺乳動物細胞內。

Benjamin Blencowe團隊專注于外顯子（exons）基因片段的調節和功能研究，JasonMoffat團隊則在CRISPR技術方面具有豐富的經驗。CRISPR通常被描述為基因剪刀，其工作原理是通過引導RNA分子將DNA限制酶瞄準到基因組中的目標位置，使之可以附著在目標位置上。Cas9是使用最為廣泛的DNA限制酶。自從cas9首次曝光以來，科學家們已經發現了其他具有獨特性質的c as酶，并將其用于改進和擴大這項技術的應用。

與CRISPR-Cas9技術不同，新基因編輯技術C.HyMErA通過結合使用Cas9和Cas12a這兩種不同的DNA限制酶，拓寬了基因編輯的可選目標范圍。Cas12a是一種酶，可以用于在同一細胞中生成多個引導RNA分子，這是同時進行多個DNA編輯的關鍵因素。

“我們已經嘗試了許多方法來誘導基因片段敲除，但沒有任何方法像CHyMErA -樣有效。”Benjamin Blencowe團隊的研究助理Thomas CJonatopoulos-Pournatzis表示。Michael Aregger是Moffat實驗室的研究助理，他在CHvMErA的基因篩選工作上發揮了關鍵作用。他表示：“有了c HvMErA，你可以充分利用這兩種酶。Cas9已經被科研人員多次改進，具有了非常高的編輯效率，而Cas12a允許引導RNA的多路復用。因此，我們在尋找可以敲除的基因組位點方面，具有了更多的靈活性。”

研究人員表示，下一步是利用CHvMErA對人類基因進行大規模篩選，系統分析不同基因如何共同作用以及基因內各個部分的功能。

解碼旁系同源基因

在CHyMEtA的一個應用中，研究人員瞄準了被稱為旁系同源基因的一對基因，這些基因具有相似的DNA編碼，但由于難以研究，目前科研人員對其并沒有太多的認知。

CHvMErA允許科研人員一次同時編輯多個基因

由于paralogs基因由祖先基因復制產生，人們認為它們在很大程度上具有相似的作用。但它們的功能無法被現有的單基因靶向方法揭示，一個主要原因是另一個paralog可以彌補缺失基因的作用。

“有了CHyMErA，我們可以把兩個paralog成對取出，看看這個基因功能對細胞生存的影響。”Mo ffat實驗室的高級研究助理凱文，布朗說：“我們現在可以研究以前被遺漏的一類基因。”

在敲除了人類基因組中大約700個paralog對之后，研究人員表示，這項分析證實了其中的很多基因對確實在細胞生存過程中發揮了類似的作用，但一些其他的基因對則具有不同的功能。

探究外顯子

CHvMErA的另一個應用是，可以通過將Cas9和Cas12a部署到附近的基因組位點來敲除外顯子等基因片段。這使得研究團隊可以單獨切除數千個與癌癥和大腦功能有關的外顯子，在此之前，無法只用c as9實現。

外顯子被包含在基因的轉錄本中，盡管單個外顯子對細胞過程的影響在很大程度上依然是未知的，但研究證明，外顯子可以改變被編碼蛋白質的功能。在CHyMErA分析的2000個外顯子中，發現超過100個對細胞生存至關重要，這就使得科研人員在未來的研究中可以專注于揭示它們在疾病中的潛在作用。

“一旦我們確定外顯子在疾病中所起的關鍵作用，我們就可以利用這些信息來開發新的治療方法。”Gonatopoulos-Pournatzis說。（摘自美《深科技》）（編輯/華生）