基因编辑:CRISPR 的竞争者太多,不止有NgAgo!

医疗健康 来源:科研圈(微信号 keyanquan) 作者:Heidi Ledford 翻译:赵琳
2016
08/31
09:28
科研圈(微信号 keyanquan)
作者:Heidi Ledford 翻译:赵琳
医疗健康

利用 CRISPR-Cas9 技术,科学家们已经可以随心所欲地对基因组进行编辑。和之前的技术相比,它简单、廉价、用途广泛。全世界从事医学与基础科学研究的实验室都对它充满兴趣,不断拓展它的应用。

然而,尽管如此,CRISPR-Cas9 并不完美。加利福尼亚大学圣迭戈分校的生物工程学家 Prashant Mali 认为,“这个系统寻找基因组中指定位置并对其进行精确切割的能力十分出色,”但有时,我们需要的不止这些。“

CRISPR-Cas9 系统的局限性推动着寻找其替代者的工作。今年年初,研究者将目光投向了另一个可能也可以执行基因编辑的系统,NgAgo。哈佛医学院的遗传学家 George Church 表示:新技术都是脆弱的,随时可能被取代。

然而,NgAgo 并不是唯一一种新型的基因编辑工具。这些新工具中,有些改良自 CRISPR 系统;另一些则提供了全新的模式。

1、迷你版 Cas9

在将来,CRISPR-Cas9 系统可能会用于基因疗法,改写遗传疾病的相关基因。基因疗法通常使用病毒作为载体,将外源遗传物质运载进入人体细胞。而病毒基因组容量有限,很难容纳 CRISPR-Cas9 系统的全部组分——Cas9 酶,以及引导用的单链 RNA。

一种迷你型 Cas9 酶的发现有可能解决这一问题【1】。这个迷你版来自金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus),它的序列足够短,可以压缩进当前用于基因疗法的病毒中。去年12月,两个研究组利用迷你版 Cas9 修正了小鼠体内的杜兴氏肌营养不良症(Duchenne muscular dystrophy)的相关基因【2,3】。

2、Cas9 的姐妹们

Cas9 并不能切割所有的序列,只有当靶向序列附近存在一段特定的 DNA 序列时,这段序列才能被特异性地切割。这个要求在大部分基因组中都能满足,但对某些实验来说却构成阻碍。研究者们希望能够在微生物中找到 Cas9 的姐妹,在切割过程中它们所需的附近序列与 Cas9 不同,这将可以拓展 CRISPR 系统的应用范围。

Cpf1 就是这样一种酶。它比 Cas9 小,所需要的靶向序列附近的特定 DNA 序列与 Cas9 不同并且高度特异【4,5】。

Cas9 的另一个姐妹 C2c2 则可以切割 RNA 而非 DNA ,这一特性可以用于 RNA 相关领域的研究,或者用来抵御 RNA 病毒【6】。

3、真正的基因编辑,不只是敲除

在许多实验室里,CRISPR-Cas9 只用来做基因敲除。Church 说:”人们想宣告说这就是基因编辑,然而烧掉书中的某一页并不等于是在编辑这本书。“

比基因敲除更难的,是将一段序列替换为另一段序列。Cas9 切割 DNA 后,细胞中的修复机制常常会错误地将打断的末端连在一起,从而实现基因敲除。

想要改写 DNA 序列的研究者,则希望另外一种修复机制发生,将一段新的 DNA 序列插入到基因组中,然而这种机制发挥作用的几率远小于直接连接。明尼苏达大学的植物科学家 Daniel Voytas 说:”所有人都说,在未来我们将可以一次性编辑多个基因。但我认为,我们现在甚至还不能高效地完成‘一次真正的基因编辑’。“

然而,过去几个月中的进展为 Voytas 带来了希望。今年4月有研究者宣布,他们将失活的 Cas9 与一个可以制造 DNA 点突变的酶连接在了一起。失活的 Cas9 仍然可以定位于引导RNA 所指定的序列,但无法完成切割。而此时,与之相连的酶可以制造点突变,将 C 突变为 T 【7】今年8月发表于 Science 杂志的另一篇论文也报道了类似的结果【8】。

Voytas 等人对类似的尝试表示了期待,将失活 Cas9 与不同的酶相连接,可能会完成更丰富多变的序列改变。

4、进击的 Argonautes

今年五月,发表在 Nature Biotechnology 上的一篇论文【9】报道了一个全新的基因编辑系统。研究者声称能够使用 NgAgo 蛋白在指定位点上切割 DNA ,这个过程使用与目标序列互补的短链 DNA,而非 RNA 作为引导,并且不要求切割位点附近存在某种特异性的序列。

这个发现掀起了一股热潮,不少人认为 CRISPR-Cas9 将会被取代。但目前为止,其他实验室都未能重现该结果。首尔基础科学研究所的基因工程学家 Jin-Soo Kim 认为,即便如此,人们还没有放弃希望,来源于其他细菌的 Argonautes 家族蛋白(NgAgo 是 Argonautes 蛋白家族的成员)有可能会提供新的思路。

5、更多可能

其他的基因编辑系统也正在建设中,然而它们中的一部分在过去多年中都进展缓慢。在一个致力于在细菌中进行基因编辑的大规模项目中,Church 的研究组并没有选择 CRISPR 系统。他们主要使用的是一个名为”lambda Red“的系统,经过编码,它可以用来编辑特定的 DNA 序列,而这个过程不需要引导 RNA 的存在。Church 的研究组已经在 lambda Red 系统的研究上花费了13年的时间,但是这个系统依旧只能在细菌中发挥作用。

Church 与博德研究所的生物工程学家张锋都提到,他们的实验室正在研究可以用于基因编辑的整合酶(integrases)与重组酶(recombinases)。张锋说:”通过对多种酶进行探索,我们可以得到一个更强的基因组编辑工具箱。我们必须继续探索未知。“

参考文献

1. In vivo genome editing using Staphylococcus aureus Cas9. F. A. Ran  et al. Nature 520, 186-191 (2015)。

2. In vivo genome editing improves muscle function in a mouse model of Duchenne muscular dystrophy. Nelson, C. E. et al. Science 351, 403–407 (2016)。

3. In vivo gene editing in dystrophic mouse muscle and muscle stem cells. Tabebordbar, M. et al. Science 351, 407–411 (2016)。

4. Genome-wide analysis reveals specificities of Cpf1 endonucleases in human cells. Kim, D. et al. Nature Biotechnol. (2016)。

5. Genome-wide specificities of CRISPR-Cas Cpf1 nucleases in human cells. Kleinstiver, B. P. et al. Nature Biotechnol. (2016)。

6. C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector. Abudayyeh, O. O. et al. Science 353, aaf5573 (2016)。

7. Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage. Komor, A. C., Kim, Y. B., Packer, M. S., Zuris, J. A. & Liu, D. R. Nature 533, 420–424 (2016)。

8. Targeted nucleotide editing using hybrid prokaryotic and vertebrate adaptive immune systems . Nishida, K. et al. Science (2016)。

9. DNA-guided genome editing using the Natronobacterium gregoryi Argonaute. Gao, F. et al. Nature Biotechnol. 34, 768–773 (2016)。

原文检索

《Beyond CRISPR: A guide to the many other ways to edit a genome》

来源:科研圈(微信号 keyanquan)   作者:Heidi Ledford 翻译:赵琳

为你推荐

诺诚健华与礼来达成BD合作,最高1亿美元的首付款和近期付款资讯

诺诚健华与礼来达成BD合作,最高1亿美元的首付款和近期付款

根据协议条款,诺诚健华有权获得最高1亿美元的首付款和近期付款,以及最高32 5亿美元的开发和商业化里程碑付款。此外,诺诚健华有权就许可产品的年度净销售额收取个位数百分比...

2026-09-24 16:12

CDE:药物临床试验计算机化系统和电子数据指导原则资讯

CDE:药物临床试验计算机化系统和电子数据指导原则

国际人用药品注册技术协调会( ICH)的 E6(R3)和中国药物临床试验质量管理规范( GCP)中均新增了计算机化系统和电子数据章节。

2026-09-24 15:30

白内障手术走向基层,如何跨过“高质量”这道门槛?资讯

白内障手术走向基层,如何跨过“高质量”这道门槛?

中国白内障手术量仍在增长,且正向更广泛的区域加速蔓延

2026-09-24 12:40

巴泰医疗完成近2亿元D轮融资资讯

巴泰医疗完成近2亿元D轮融资

近日,巴泰医疗科技(浙江)股份有限公司宣布完成近2亿元D轮融资,本轮融资由创东方投资领投,浙江省4+1生物医药与高端器械产业基金、倚锋资本、中益仁资本及个人产业投资人共同...

2026-09-24 11:33

销售里程碑付款合计不超过6.52亿美元,复宏汉霖与Amberstone达成合作资讯

销售里程碑付款合计不超过6.52亿美元,复宏汉霖与Amberstone达成合作

9月23日,复宏汉霖发布公告称,公司与Amberstone Biosciences, Inc 订立合作及许可协议,双方同意基于Amberstone专有的T-MATE™技术平台,就两款T细胞衔接器(T Cell Engag...

2026-09-24 10:34

齐鲁制药4亿元认购同源康医药股权终止资讯

齐鲁制药4亿元认购同源康医药股权终止

近日,同源康医药发布公告称,到最后截止日期9月20日,齐鲁制药与同源康医药认购协议项下的若干先决条件尚未达成或获豁免。该认购协议失效。

2026-09-23 17:54

罗氏mRNA药物Sefaxersen达到IgA肾病III临床试验终点资讯

罗氏mRNA药物Sefaxersen达到IgA肾病III临床试验终点

9月23日,罗氏宣布,正在进行的三期IMAgINATION研究中,Sefaxersen针对原发性IgA肾病(IgAN)成人的试验中,结果呈阳性,研究达到主要终点。研究结果显示,Sefaxersen在37周时相...

2026-09-23 16:19

欧洲正在输掉制药投资竞赛——九家欧洲跨国药企巨头董事会主席的联合公开信资讯

欧洲正在输掉制药投资竞赛——九家欧洲跨国药企巨头董事会主席的联合公开信

当地时间9月22日,阿斯利康、勃林格殷格翰、凯西集团、益普生、葛兰素史克、诺和诺德、诺华、罗氏、赛诺菲九家跨国药企董事会主席联合署名发表公开信《欧洲正在输掉制药投资竞赛...

2026-09-23 14:38

中国生物医药创新提速,全球化与AI赋能开启新周期资讯

中国生物医药创新提速,全球化与AI赋能开启新周期

近日,富瑞金融集团联合BioShanghai上海国际生物医药产业周,在上海成功举办首届生物医药行业媒体圆桌峰会。

文/张蓉蓉 2026-09-23 13:29

“生命有光·未来有她”妇科肿瘤防治宣传月公益活动在沪举办资讯

“生命有光·未来有她”妇科肿瘤防治宣传月公益活动在沪举办

多方共探妇科肿瘤患者诊疗与关爱

2026-09-23 13:05

博锐创合“核药”出海诺华,总交易价款最高至60亿元人民币资讯

博锐创合“核药”出海诺华,总交易价款最高至60亿元人民币

9月22日,苏州博锐创合医药有限公司宣布与诺华就一项临床前放射性配体疗法达成全球独家许可协议。

2026-09-23 10:42

礼来65亿美元建设休斯顿药品制造设施资讯

礼来65亿美元建设休斯顿药品制造设施

美东时间9月21日,礼来宣布已开始建设耗资65亿美元的休斯顿制造设施,该设施将生产Foundayo及其他小分子药物和先进疗法的API。

2026-09-22 17:29

百利天恒:触发第二笔2.5亿美元里程碑付款资讯

百利天恒:触发第二笔2.5亿美元里程碑付款

2023年12月,百利天恒就iza-bren的开发与商业化权益与BMS达成全球战略合作,潜在总金额最高 84 亿美元。按照协议,BMS支付8亿美元不可退还、不可抵扣的首付款,外加两笔各2 5...

2026-09-22 16:10

全国2000多家超市上线“蚂蚁阿福健康专区” 资讯

全国2000多家超市上线“蚂蚁阿福健康专区”

9月22日,医谷网获悉,全国已有2000多家超市门店陆续推出“蚂蚁阿福健康专区”,包括盒马、物美、Olé、银座、新天地、中商超市、重庆百货、大张、红府等多家连锁与区域零售品牌。

2026-09-22 15:00

诺和诺德裁员1.3万人资讯

诺和诺德裁员1.3万人

9月21日,在伦敦资本市场日,诺和诺德公布重磅调整:本轮企业重组累计裁员1 3万人,超过此前9000-1000人的预期,也是公司近年力度最大的一次组织瘦身,裁员人数约占原有总人数的15%。

2026-09-22 14:55

又有两家核药公司合并资讯

又有两家核药公司合并

9月21日,Telix Pharmaceuticals 宣布签署战略协议,收购德国同位素技术企业 ITM Isotope Technologies Munich SE 100%股权。

2026-09-22 11:44

艾力斯伏美替尼新适应症上市申请获受理资讯

艾力斯伏美替尼新适应症上市申请获受理

公司递交的甲磺酸伏美替尼片用于具有表皮生长因子受体(EGFR)外显子19缺失或外显子21(L858R)置换突变的非小细胞肺癌(NSCLC)成人患者肿瘤切除术后的辅助治疗新适应症上市申请获得受理。

2026-09-22 10:50

香港首个5年规划中的药械资讯

香港首个5年规划中的药械

建设医疗创新体系。

2026-09-22 09:03

【直播】周二上午10点:2026医保数据发布系列公开课—医保数据赋能医疗机构发展(福州)资讯

【直播】周二上午10点:2026医保数据发布系列公开课—医保数据赋能医疗机构发展(福州)

国家医保局:2026医保数据发布系列公开课—医保数据赋能医疗机构发展(福州)。

2026-09-21 17:47