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

恩凯赛药完成数千万元A++轮融资,加速推进NK细胞免疫产品管线资讯

恩凯赛药完成数千万元A++轮融资,加速推进NK细胞免疫产品管线

近期,恩凯赛药(上海恩凯细胞技术有限公司)宣布完成数千万元A++轮融资,本轮融资由三生制药领投,张科禾润、易津资本等跟投。本轮募集的资金将用于加速推进恩凯赛药在研产品管...

2024-11-22 09:22

CDE:细胞治疗产品临床药理学研究技术指导原则(试行)资讯

CDE:细胞治疗产品临床药理学研究技术指导原则(试行)

本指导原则所涵盖的细胞治疗产品是指来源、操作和临床试验过程符合伦理要求,按照药品管理相关法规进行研发和注册申报,用于治疗疾病的人体来源活细胞产品。

2024-11-21 22:11

又一款针对晚期肺癌的创新药获批上市资讯

又一款针对晚期肺癌的创新药获批上市

日前,根据国家药监局官网信息显示,晨泰医药申报的1类创新药盐酸佐利替尼片(商品名:泽瑞尼)获批上市,用于具有表皮生长因子受体(EGFR)19号外显子缺失或外显子21(L858R)...

2024-11-21 16:04

万泰生物九价HPV疫苗男性临床试验申请获批资讯

万泰生物九价HPV疫苗男性临床试验申请获批

近日,万泰生物发布公告称,公司全资子公司厦门万泰沧海生物技术有限公司(下简称:万泰沧海生物)收到国家药品监督管理局下发的《药物临床试验通知书》(通知书编号:2024LP025...

2024-11-21 13:31

百济神州,达成了一项和解资讯

百济神州,达成了一项和解

近日,百济神州美股发布临时公告宣布,其两家子公司BeiGene USA,Inc 和BeiGene Switzerland GmbH(与百济神州有限公司合称“百济神州”)与MSN Pharmaceuticals,Inc 和MSN...

2024-11-21 08:54

山西公布2023 年国谈药品(竞价药品)同通用名药品(第二批)医保支付标准资讯

山西公布2023 年国谈药品(竞价药品)同通用名药品(第二批)医保支付标准

国谈药品(竞价药品)同通用名药品(第二批)医保支付标准。

2024-11-20 20:40

TPP亚太区总裁叶惠琦:以AI赋能医疗,推动“一人一生一份电子病历”理念中国落地资讯

TPP亚太区总裁叶惠琦:以AI赋能医疗,推动“一人一生一份电子病历”理念中国落地

作为英国NHS(英国国家医疗卫生体系)首选的医疗解决方案与服务供应商,TPP凭借其前沿的理念和创新的技术,正加速在中国市场深耕,推动中国医疗服务的信息化、智慧化进程。

文/张蓉蓉 2024-11-20 15:51

将获超4000万美元现金付款,博奥信2款自免资产授权出海资讯

将获超4000万美元现金付款,博奥信2款自免资产授权出海

日前,博奥信生物宣布与Aclaris Therapeutics就BSI-045B和BSI-502达成全球(除大中华区外)独家授权协议。根据协议条款,博奥信将获得超过4000万美元的现金付款,作为首付款以...

2024-11-20 14:19

中国心梗救治日|欧翎先锋赋能基层药师,共筑基层血脂科学管理资讯

中国心梗救治日|欧翎先锋赋能基层药师,共筑基层血脂科学管理

目前,我国血脂异常患病率较高,但知晓率、治疗率与达标率均处于较低水平,居民血脂管理亟待加强。

2024-11-20 13:12

因美纳宣布扩展TruSight Oncology产品线资讯

因美纳宣布扩展TruSight Oncology产品线

最新解决方案将亮相于分子病理学协会年度会议,以实现对肿瘤的全景变异分析。由因美纳客户主导的研究和分享将提供最新的肿瘤分析证据和相关内容。

2024-11-20 10:01

一家中国Biotech企业反向收购了美股上市公司资讯

一家中国Biotech企业反向收购了美股上市公司

在当今的生物科技领域,Biotech公司正积极探索新的生存与发展之道,或选择“卖身”大药企怀抱,或寻求“联姻”以壮大自身。而在这股潮流中,睿跃生物(Cullgen)却独辟蹊径,通...

2024-11-20 09:21

共创共享眼科智慧!首届泛大湾区眼科学术会议(PGBO·2024)圆满落幕资讯

共创共享眼科智慧!首届泛大湾区眼科学术会议(PGBO·2024)圆满落幕

11 月 15 日至 17 日,由爱尔眼科医院集团、广东省医疗行业协会主办,东莞市医学会眼科分会、暨南大学附属东莞爱尔眼科医院承办的“首届泛大湾区眼科学术会议(PGBO·2024...

2024-11-20 09:16

让急救更便捷,晖致在研新药亮相长城会,期待助力心梗救治资讯

让急救更便捷,晖致在研新药亮相长城会,期待助力心梗救治

11月7—10日,第35届长城心脏病学大会(GW-ICC 2024)暨亚洲心脏大会(ASH 2024)在北京召开。作为全球领先的医疗健康公司企业之一,晖致携在研新款高选择性的P2Y12受体拮抗剂...

2024-11-19 16:51

康弘药业荣获2024中医药传承与创新最佳实践案例奖资讯

康弘药业荣获2024中医药传承与创新最佳实践案例奖

经过激烈角逐,凭借在中医药传承与创新实践方面的卓越表现,康弘药业下属子公司——济生堂药业,从众多参选企业中脱颖而出,成功登榜“2023中国中药企业传承与创新最佳实践案例50”。

2024-11-19 13:19

上海公布2024年9月挂网公开议价超“黄线”、未通过公允性评估、重点监控药品幅度靠前且有一定采购金额的品种资讯

上海公布2024年9月挂网公开议价超“黄线”、未通过公允性评估、重点监控药品幅度靠前且有一定采购金额的品种

近日,上海市医药集中招标采购事务管理所公布了2024年9月挂网公开议价超“黄线”、未通过公允性评估、重点监控药品幅度靠前且有一定采购金额的品种。

2024-11-18 22:09

华东医药创新研发加速,两款GLP-1药物获批脂肪肝相关适应症临床试验资讯

华东医药创新研发加速,两款GLP-1药物获批脂肪肝相关适应症临床试验

由全资子公司中美华东申报的HDM1005注射液(靶向GLP-1 GIP长效激动剂)临床试验申请已获得FDA批准,可在美国开展I期临床试验,适应症为代谢相关脂肪性肝炎(MASH)。

2024-11-18 20:02

美的楼宇科技携制药行业暖通解决方案亮相2024药机展,赋能制药行业绿色智慧升级资讯

美的楼宇科技携制药行业暖通解决方案亮相2024药机展,赋能制药行业绿色智慧升级

11月17日,第65届(2024秋季)中国国际制药机械博览会(以下简称“药机展”)于厦门国际博览中心盛大举办。作为楼宇智慧生态集成解决方案引领者,美的楼宇科技以“以智提质,构...

2024-11-18 15:12

最高6.26亿美元,康诺亚再“出海”一款双抗资讯

最高6.26亿美元,康诺亚再“出海”一款双抗

日前,康诺亚发布公告宣布其子公司成都康诺亚与Platina Medicines Ltd(PML)已订立独家许可协议,授予PML在全球(不包括中国内地、香港、澳门及台湾)研究、开发、生产、注册...

2024-11-18 11:06

万米高空出生的早产儿,如何百日闯关?资讯

万米高空出生的早产儿,如何百日闯关?

凯西提供覆盖从新生儿到老年人的呼吸疾病治疗解决方案,至今已服务了数百万名中国早产儿。

2024-11-18 10:22

华东医药旗下Sinclair多款核心医美产品国内临床取得新进展资讯

华东医药旗下Sinclair多款核心医美产品国内临床取得新进展

其中, MaiLi Precise完成中国临床试验全部受试者主要终点随访;Ellansé®伊妍仕® S型新增适应症和Lanluma® V型均完成中国临床试验全部受试者入组;全新专利成分的真皮注...

2024-11-17 19:20