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

德琪医药收到6000万美元首付款资讯

德琪医药收到6000万美元首付款

7月13日,德琪医药发布公告确认已收到优时比(UCB)支付的6000万美元首付款。

2026-07-13 16:48

英矽智能与康哲药业达成最高12亿元合作资讯

英矽智能与康哲药业达成最高12亿元合作

英矽智能今日发布公告称,集团已与康哲药业控股有限公司达成一项新的中枢神经系统领域药物研发战略合作。

2026-07-13 15:19

传奇生物联合创始人范晓虎创立的湾岛细胞完成1.4亿元A轮融资资讯

传奇生物联合创始人范晓虎创立的湾岛细胞完成1.4亿元A轮融资

近日,湾岛细胞宣布完成 1 4 亿元 A 轮融资,本轮由松禾资本领投,东方富海跟投。

2026-07-13 13:31

全国首笔药品追溯码无追索权保理业务在温州落地资讯

全国首笔药品追溯码无追索权保理业务在温州落地

近日,在温州市医保局的积极推动下,全国首笔基于药品追溯码的无追索权保理业务成功落地。国药控股温州有限公司凭借药品追溯码形成的真实交易记录,将其对温州医科大学附属眼视...

2026-07-13 10:15

上半年中国创新药对外授权规模已接近去年全年资讯

上半年中国创新药对外授权规模已接近去年全年

7月12日,在北京·昌平生命科学论坛上,国家药监局药品注册管理司相关负责人披露了中国创新药发展的最新情况。

2026-07-13 09:59

时隔8年调整的2026版国家基药目录新增的4种1类创新药和独家品种资讯

时隔8年调整的2026版国家基药目录新增的4种1类创新药和独家品种

7月9日,国家卫生健康委、国家中医药局、国家疾控局三部门公布2026年版国家基本药物目录。国家基本药物目录在新医改启动后,于2009、2012、2018年完成三轮更新,这是时隔8年后的...

2026-07-12 21:31

陈薇院士出任中国工程院党组成员、副院长资讯

陈薇院士出任中国工程院党组成员、副院长

据中国工程院官网消息,根据中共中央和国务院通知,中国工程院第九届院领导班子组成如下:张玉卓同志任党组书记、院长;张军、陈杰、李仲平、陈建峰、陈薇等同志任党组成员、副...

2026-07-11 21:36

湾岛细胞完成1.4亿元A轮融资,深耕新一代细胞治疗赛道加速临床转化资讯

湾岛细胞完成1.4亿元A轮融资,深耕新一代细胞治疗赛道加速临床转化

本轮融资由知名创投机构松禾资本领投,东方富海跟投

2026-07-10 17:01

口服司美格鲁肽片诺和忻中国说明书纳入心血管获益结果资讯

口服司美格鲁肽片诺和忻中国说明书纳入心血管获益结果

近日,中国国家药品监督管理局(NMPA)批准更新诺和忻®(司美格鲁肽片)的说明书。

2026-07-10 16:53

恒瑞医药“双艾组合”,第三次被FDA延迟批准上市资讯

恒瑞医药“双艾组合”,第三次被FDA延迟批准上市

7月10日,恒瑞医药发布公告显示,卡瑞利珠单抗联合阿帕替尼(双艾组合)用于肝细胞癌一线治疗CGMP 检查未通过。

2026-07-10 15:44

维立志博PD-L1/4-1BB 双抗拟纳入优先审评资讯

维立志博PD-L1/4-1BB 双抗拟纳入优先审评

7月10日,国家药监局药品审评中心官网显示,南京维立志博生物自主研发的注射用奥帕替苏米单抗拟纳入优先审评品种,申报适应症为既往接受过至少两线系统治疗后进展的肺外神经内分...

2026-07-10 15:08

丰原药业实控人拟变更为安徽蚌埠市国资委资讯

丰原药业实控人拟变更为安徽蚌埠市国资委

7月9日,丰原药业发布公告,公司控股股东安徽丰原集团有限公司的一致行动人7月8日与蚌埠投资集团有限公司签署《股份转让意向协议》,蚌埠投资集团拟受让丰原集团的一致行动人持...

2026-07-10 13:49

这家药企上半年净利润增长超5倍资讯

这家药企上半年净利润增长超5倍

7月8日晚间,海思科发布2026年半年度业绩预告,预计报告期内净利润为7 9亿元-8 7亿元,同比增长513 25%-575 35%。

2026-07-09 19:34

德睿智药5200 万美元 B 轮融资落地,AI 设计口服 GLP-1 冲刺商业化资讯

德睿智药5200 万美元 B 轮融资落地,AI 设计口服 GLP-1 冲刺商业化

本轮融资由泰珑投资、申银万国投资、谢诺投资、星河湾集团联合领投,多家头部人民币、美元基金跟投,凯乘资本担任本次融资独家财务顾问。

2026-07-09 14:49

时隔8年,2026年版国家基本药物目录发布资讯

时隔8年,2026年版国家基本药物目录发布

7月9日,国家卫生健康委、国家中医药局、国家疾控局三部门公布2026年版国家基本药物目录。国家基本药物目录在新医改启动后,于2009、2012、2018年完成三轮更新,这是时隔8年后的...

2026-07-09 12:43

拜耳、雅培、武田等相继否认干扰影响12批国家集采资讯

拜耳、雅培、武田等相继否认干扰影响12批国家集采

拜耳、雅培、武田和卫材中国。

2026-07-09 12:27

CDE:基因治疗药品范围和归类技术指导原则(2026年版)资讯

CDE:基因治疗药品范围和归类技术指导原则(2026年版)

本指导原则旨在明确我国基因治疗药品的范围与归类,不影响现行药品注册分类。

2026-07-09 09:59

首款AI药物进入III期临床研究资讯

首款AI药物进入III期临床研究

英矽智能发布消息称,业界首款完成AI药物临床药效验证的候选药物Rentosertib(ISM001-055)正式启动III期临床试验(CTR20262475,NCT07687459),相关信息已在中国国家药品监督...

2026-07-08 21:55

恒瑞医药宣布口服小分子GLP-1 III期取得顶线结果,减重适应症拟今年申报上市资讯

恒瑞医药宣布口服小分子GLP-1 III期取得顶线结果,减重适应症拟今年申报上市

恒瑞医药计划今年在中国提交HRS-7535用于体重管理的上市申请。

2026-07-08 15:34

19 亿美元出海,中生制药自研 COPD 创新药独家授权阿斯利康资讯

19 亿美元出海,中生制药自研 COPD 创新药独家授权阿斯利康

TQC3721 是国内首款进入 III 期临床的吸入式 PDE3 4 双重抑制剂,针对慢性阻塞性肺疾病(COPD)

2026-07-08 13:22