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CRISPR–Cas9 新技术:不切断 DNA 也能编辑基因

发布时间:2018-01-18 16:27 |  点击次数:

CRISPR–Cas9 有着操作简单、成本低廉的特点,为基因编辑创造了许多可能性,然而其在剪切 DNA 链的过程中也带来了很多不确定性。近日,美国索尔克研究所的研究团队尝试了一种新的技术——CRISPR–Cas9 TGA,在不切断 DNA 双链的情况下完成基因编辑。
 


TGA 原理图
 
所谓 TGA 是 Target Gene Activation 的全称,即靶点基因激活。该团队对 CRISPR–Cas9 进行改造,并使用两个 AVV (腺相关病毒)作为载体,一个 AVV中放入 Cas9 酶,另一个 AVV 中放入只有 14 或 15 个核苷酸的短 sgRNA 和一个转录激活剂。将以上物质引导至细胞内时,sgRNA 较少的核苷酸使 Cas9 活性降低,不会剪切 DNA,此时转录激活剂发生作用,让 Cas9 酶募集转录需要的组件,使原本沉默的靶点基因被激活,开始表达。

该团队将这种技术用于小鼠活体的实验,通过激活沉默基因的表达,使患有急性肾炎的小鼠恢复肾功能,之后又尝试激活小鼠肝细胞中的基因,使其分化成胰腺 β 样细胞,该细胞能产生胰岛素,缓解了患有 I 型糖尿病的小鼠的症状。团队还在模拟了杜氏肌营养不良症状的小鼠身上实验,这种先天疾病由肌萎缩蛋白基因突变造成,而该段基因过于庞大,传统的基因编辑无法修改如此长的 DNA 链,CRISPR–Cas9 TGA 则通过激活同一链上的另一段可以增加肌肉的基因,使小鼠恢复正常。
 

杜氏肌营养不良的小鼠肌纤维(左)     接受过治疗的小鼠肌纤维(右)
 

在以往的基因编辑中,Cas9 切断 DNA 链后,可以在断开的部分加入其他的 DNA 链,而这种往往会产生错误重组的过程是一把双刃剑:既使原来的基因片段失效,又可能产生了新的突变基因,从而带来了不确定的风险。CRISPR–Cas9 TGA 绕开了断链重组的风险,保留了有缺陷的基因,并用另一段基因的表达来与之对抗。

 

通常的 CRISPR-Cas9 会剪切 DNA 链
 
小编认为,尽管这种对抗能否最终胜利、能否作为治愈疾病的判断依据还无从得知,但它确实避免了很多风险。毕竟基因编码是非常复杂的东西,现今生物体内的基因编码,都是从远古时期开始,经历漫长的自然选择而得到的。任何一段基因都有它存在的意义,即使是一些致病和缺陷基因,也会有意想不到的作用,直接剪掉有可能带来其他的副作用。而在断链重组过程中,一旦有其他基因组件混入,或者靶点选择不正确,都有可能造成新的问题。但这不代表通常的 CRISPR–Cas9 不可用,它只是一个素材,如何灵活运用才是关键。

值得注意的是,只有 14 或 15 个核苷酸的短 sgRNA 理论上由于核苷酸数量少,容易在引导过程中误与其他片段配对,造成脱靶。而该团队能精确定位到靶点,应该是有着尚未公布的技术细节,或者有一定的前提条件。

科研是一条漫长而艰险的路,没有大量的分析、实验和总结就不能轻易下结论。吉锐生物多年来坚持探索、小心求证,在基因编辑技术上积累了扎实的研究经验,我们不仅提供 CRISPR–Cas9 相关产品和服务,每年还会不定期地开设基因编辑技术培训班,帮助您在科研探索的道路上走得更远。