遺傳學大師George Church的「瘋狂嘗試」：對細胞進行了超13,000次的CRISPR編輯

最初，CRISPR只是細菌體內的一個「免疫機制」，用於防禦入侵病毒和外源DNA。隨著研究深入，CRISPR被科學家們「化為己用」，基於此實現了基因刪除、插入、激活、大片段以及染色體敲除等可能。如今，CRISPR已經成為糾正突變基因、解決器官異種移植關鍵難題、治療疑難雜症等領域的熱門技術。

現在，由哈佛大學的遺傳學教授喬治?丘奇（George Church）領導的研究團隊利用「魔剪」技術對細胞進行了13,200次基因改造，創下了基因編輯領域的一項記錄。

他們希望，以更大規模重寫基因組，這最終可能會導致物種被「重新設計」。

大規模基因編輯

這種大規模的基因編輯之前已有研究團隊嘗試過。2017年，由Paul Thomas帶領的一個澳大利亞團隊使用CRISPR對小鼠的Y染色體進行了編輯，並成功將其整個刪除了。這一策略被認為是唐氏綜合征的潛在治療方法。

因為CRISPR會切開DNA雙螺旋結構，一次進行太多編輯會殺死細胞，這限制了過去大規模編輯的嘗試。來自澳大利亞昆士蘭大學的Geoff Faulkner團隊曾在2016年嘗試敲除500個小鼠胚胎中的LINE片段，以此確定這一編輯對小鼠發育和行為的影響。但是，並沒有小鼠存活下來。

George Church團隊的新嘗試

為了打破新的基因編輯記錄，哈佛團隊將CRISPR「瞄準」一段DNA序列：LINE-1，一種遍布人體基因組的重複片段，可以自我複製，約佔基因組的17%。

為了避免細胞死亡的問題，哈佛團隊改版了傳統的CRISPR，研發了一套單鹼基編輯技術——dead-Cas9 base editor（dBEs），可以避免切割DNA，而是用一個鹼基替換另一個，例如將C轉換為T。最終，他們可以在細胞內編輯超13000次，且不會殺死細胞。這項研究成果於3月發表在預印本雜誌bioRxiv。

學界觀點

有學者認為，這項工作提供了一種方法進行試驗且不會導致全基因組不穩定。但是也有人持懷疑態度，他們認為這項工作並不足以「啟動」大規模基因組編輯。澳大利亞國立大學的Gaetan Burgio稱，該技術宣稱的對物種進行重新設計系「誇大其詞」。

然而，George Church認為，大規模基因編輯是「清理基因組」（去除其中垃圾）的一種方法。2015年，他實驗室清除了豬基因組中潛伏的62份逆轉錄病毒遺傳物質。這些病毒會被重新激活，這對於「器官異種移植」而言是一個大隱患。當時研究團隊使用的是一種「不朽」的豬腎臟細胞（可以在培養皿中無限地生存和分化）。

同年，他和學生楊璐菡共同創辦了一家生物技術公司eGenesis，計劃利用CRISPR技術來實現豬異種器官移植到人體。2017年，他們成功在活體豬身上證實了這一可行性，收穫世界首批內源性逆轉錄病毒基因失活的幼豬。相關研究成果發表在《Science》期刊。

George Church表示，他的最終目標是創建人體基因組已經被修改過的器官和組織，能夠對所有病毒都免疫。這一過程被稱為「重新編碼」（recoding），將涉及約9811個精準的基因修飾。目前，George Church實驗室已經開始了相關工作，在實驗室對他自己的細胞進行重新編碼。

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參考資料：

1）Enabling large-scale genome editing by reducing DNA nicking

2）Genome engineers made more than 13,000 CRISPR edits in a single cell

3）楊璐菡團隊Science發文：CRISPR編輯豬，突破異種移植難題！

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