Cell：“手术刀”VS“钢锯”，耶鲁创造更精准高效基因编辑技术
2017-11-20 佚名 生物探索
耶鲁大学的研究人员于11月16日在Cell上发表文章，声称创造了一种更精确、更有效的技术来编辑活生物体的基因组，这种能力正在改变医学和生物技术。
“你可以将现有将技术认为是钢锯而此方法是手术刀，能够使我们在真核细胞基因组内多个位点、高效地做精确的遗传修饰。”通讯作者，耶鲁的分子生物学副教授Farren Isaacs形象的说。
现有例如CRISPR/Cas9这样的基因编辑技术，引入遗传修饰通常会打断两股DNA链。有时这些断裂并不是固定的，修复会产生微小的DNA序列错误，从而改变功能。而这种新方法消除了基因组编辑技术的一些缺陷，使科学家能够准确插入或消除DNA中的基因。
第一作者Edward Barbieri也认为“打断基因中和创造错误是不正确的编辑。”由于新方法不依赖于DNA的双链断裂，编辑过程在感兴趣的基因组区域是高度可控的，能够产生很多精准和多样的修改。
原理
实验图示来源Cell
这种新的基因编辑方法——真核多重基因组工程（eMAGE），是基于DNA复制的滞后链来合成单链寡核苷酸（ssODNs）。该机制不需要RAD51蛋白（真核生物体内的一种重组蛋白，相当于原核生物的RecA）就可进行定向同源重组，避免了DNA双链断裂的产生，使染色体在单碱基分辨率上产生精确改变，且效率大于40%，在靶向基因位点不会产生意外突变。
在实验中同时加入多达12个寡核苷酸，在一次转化中完成多达60个有针对性的突变。而用一个复杂的寡核苷酸池进行迭代转化，可以迅速产生大于105的组合基因组多样性。
研究小组在酵母中用新的基因编辑方法，实施了DNA复制和修复功能，这样就可以在基因组的许多不同区域插入新的遗传信息，而不产生双链断裂。这种方法被用来在酵母β-胡萝卜素生物合成途径产生多种遗传变异，以及在启动子、基因和终止子中产生精确突变，从而改变类胡萝卜素的含量。
前景
这种新改进的基因编辑技术可以加快取代致病基因，识别并产生天然抗生素或抗癌药物以及刺激新的工业生物技术产品的创造速度。该小组的方法被用来产生近一百万个组合遗传变异，以便在许多基因组位点引入精确的遗传变化，从而改变基因表达和代谢。这种对DNA景象复制、修复和重组的保守过程可以实现自动化，并可以在真核生物中的多重组合基因组工程建立一个通用策略。
Isaacs说：“我们可以创造大量的突变组合，这为我们提供了前所未有的工具来识别疾病的驱动性突变和从根本上重新重编程细胞行为。我们的目标是进一步发展技术和扩大到多细胞生物上。”
原始出处：
Edward M. Barbieri， Paul Muir， Benjamin O. Akhuetie-Oni， et al. Precise Editing at DNA Replication Forks Enables Multiplex Genome Engineering in Eukaryotes. Cell， 2017.
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