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我们对遗传学的了解以及对遗传学进行工程设计或修改的工具一直在迅速发展。 最近最著名的进展是CRISPR（聚类的规则间隔的短回文重复序列），它是一种细菌衍生的系统，可以使用引导RNA轻松靶向任何DNA序列。 CRISPR就像靶向系统一样，可以与各种有效载荷配对，最常见的是Cas9，Cas9是一种酶，可以在所需位置切割两条DNA链。 CRISPR实际上是在1993年发现的，但是CRISPR-Cas9系统在2013年首次用于基因编辑，这一进展在2020年获得了诺贝尔化学奖。 但是，凭借这项强大的技术，我们仍然处在学习曲线的陡峭部分，现在研究人员也许已经发表了自2013年以来的最大进步–一种使用CRISPR作为基因开关的方法。 至少这将彻底改变基因研究。 但这也具有令人难以置信的治疗潜力，尽管在生物体中仍存在其他障碍。 使用CRISPR-Cas9进行基因编辑基本上有两种形式，即敲入基因或敲除基因。 到目前为止，敲除基因是两者中比较容易的。 CRISPR靶向您想要沉默或敲除的基因，Cas9将在DNA中产生双链切割。 细胞的自然修复机制称为非同源末端连接（NHEJ），将两个切割末端连接在一起。 但是，这种修复机制非常不精确，经常会引入错误。 这些错误中的许多错误都会导致遗传序列发生变化，从而实质上破坏了编码，从而有效地关闭了基因。 此项更改是永久性的，并将保留给所有后代。 您不仅需要在所需的位置进行切割，还必须提供要插入的基因序列，并且需要一种称为同源性定向修复（HDR）的不同DNA修复机制，这种机制更精确并且可以保留基因序列，因此 该基因保持活跃。 但是NHEJ比HDR更常见，因此诀窍是寻找增强HDR修复的方法，以便可以在修复位点成功插入新基因。 新技术仅适用于敲除基因（无基因插入），实际上它根本不会改变DNA序列。 因此，该变化被认为是表观遗传变化。 在这种情况下，CRISPR与另一种有效载荷配对，已发表的研究称该载荷为“单死亡Cas9融合蛋白”，其结果称为CRISPRoff。 该系统照常以一个特定的基因为目标，但是，它不切割DNA，而是对基因进行了甲基化处理-在一些碱基对中添加了甲基。 这通常使转录酶无法在该位置的DNA上起作用，因此无法转录该基因并将其转变为蛋白质。 即使保留了其序列，该基因仍然有效。 在开发这项技术的过程中，研究人员还发现了其他有趣的发现。 首先是，据他们研究，这种甲基化一直持续到后代。 他们观察了多能干细胞，并通过关闭特定基因将它们转变为神经元。 甲基化在所得神经元的后代中持续存在。 这意味着通过CRISPRoff完成的任何基因沉默都是“半永久性的”。 他们还做出了一个非常令人惊讶的发现-以前认为这种甲基化机制仅对包含规范CpG岛（CGI）的某些基因有效，约占所有基因的三分之一。 但是CRISPRoff技术适用于大多数研究的基因，包括那些没有CGI的基因。 这意味着我们先前对甲基化的理解在这方面是错误的，而且CRISPRoff几乎可以用于任何基因。 这两个令人惊讶的发现都增加了CRISPRoff的潜力。 最终，研究人员开发了CRISPRon，这是一种去除甲基化的系统，可将基因重新打开而不会造成任何损坏或改变。 因此，研究人员现在有了一种相对便宜且快速的方法来可逆地打开和关闭基因，并且适用于大多数基因。 关闭（或敲除）基因是研究人员研究其功能的主要方法-将其关闭，看看对被研究的细胞或系统有什么影响。 这肯定会进一步促进基因研究，也许与CRISPR本身一样大。 至少在过去的半个世纪中，基因研究一直在以几何而非线性的速度发展。 部分原因是由于我们对遗传学的深入了解改善了遗传研究本身的技术，因此存在正反馈回路。 CRISPRoff是一个很好的例子。 这种方法可能不会用于创建GMO，其目的是改变DNA是一种永久且稳定的方法-进行遗传变化，而不是表观遗传。 但是我可能是错的。 某些GMO只能通过沉默一个或多个基因来创建，而不能通过插入任何新基因来创建。 变更不是永久性的事实甚至可以成为专利保护的有趣方法。 CRISPRoff在这里将具有不可思议的潜力。 任何时候关闭特定细胞群中的基因都会对该技术起作用产生有益的影响。 迄今为止提出的一个例子是阿尔茨海默氏病。 这种疾病的部分进展是由神经元中tau蛋白的生成引起的。 如果脑细胞中的tau表达可能明显降低，这可能会减慢甚至阻止痴呆症的进展。 然而，最大的挑战仍然存在–如何靶向整个生物体内的活细胞？ 这些技术对培养皿中的细胞培养非常有效，但是我们还没有一个强大的机制可以将CRISPR传递到活生物的目标细胞群中。 今天，这个问题太大了，无法解决，因此可以说有几种提议的方法都具有潜力。 但是，没有一个是伟大的。 他们在到达足够的靶细胞上有问题，并且不影响脱靶细胞群体。 到目前为止，将CRISPR用于治疗用途包括将细胞从体内取出，然后用CRISPR改变它们，然后将它们放回原位。 这对血液或骨髓有效，但对大脑无效。 某些组织可能更容易靶向，例如视网膜。 例如，我们可以将CRISPR注入与视网膜接触的眼内液体中。 其他器官并不是那么独立，因此很难以此为目标。 也许可以通过脑脊髓液（CSF）靶向大脑？ CRISPR技术本身的进步远不止于治疗应用，部分原因是对活着的人的研究更加困难，而且研究速度也越来越慢。 CRISPR的治疗潜力尚待观察，而且可能比我们希望的更加有限。 但是，我们会看到的。 无论如何，CRISPRoff是一个了不起的发展，至少将成为强大的研究工具。 网友评论： 也许可以通过脑脊髓液（CSF）靶向大脑？ 这就是僵尸启示录开始的方式。 认真地说，感谢您如此清晰地介绍了这一进展。 我希望我能活得足够长的时间自己体验这些好处，尽管正如您经常说的那样，科学突破与临床应用之间还有很长的差距。  文章来源网络整理；如有侵权请及时联系PaperRSS小编删除，转载请注明来源。 温馨提示： 为方便PaperRSS粉丝们科研、就业等话题交流。我们根据10多个专业方向（植物、医学、药学、人工智能、化学、物理、财经管理、体育等），特建立了30个国内外博士交流群。群成员来源欧美、日韩、新加坡、清华北大、中科院等全球名校。 |
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