大片段DNA插入來了，基因編輯迎接新時(shí)代

2024-01-30 10:30

文/陳根

基因編輯技術(shù)正在成為新的技術(shù)熱點(diǎn)。

就在幾年前，我們可能還覺得基因編輯技術(shù)離我們非常遙遠(yuǎn)，因?yàn)榛蚓庉嫾夹g(shù)除了需要克服技術(shù)障礙，還需要面對(duì)倫理拷問，這也是基因編輯技術(shù)不同于其他生物技術(shù)的地方。畢竟，一旦應(yīng)用了基因編輯技術(shù)，我們?nèi)祟愖约阂膊恢罆?huì)造成什么結(jié)果。

但2023年年末，美國FDA批準(zhǔn)了首個(gè)基于CRISPR-Cas9的基因編輯療法上市，用于治療鐮狀細(xì)胞病，幾天前，FDA進(jìn)一步批準(zhǔn)了該療法用于治療輸血依賴性β-地中海貧血。這被認(rèn)為是基因編輯在臨床應(yīng)用中的重大勝利，這也讓基因編輯技術(shù)在一次活躍起來，這一次，基因編輯技術(shù)似乎離進(jìn)入我們的生活，并用于更多疾病治療更近了。

1月22日，《自然》發(fā)布了2024年值得關(guān)注的七大技術(shù)，其中，大片段DNA插入赫然在列。那么，什么是c？它又憑什么被《自然》雜志列為今年最值得關(guān)注的技術(shù)之一呢？

所謂大片段DNA插入，其實(shí)就是指通過基因編輯技術(shù)，將較大的DNA序列精確地插入到生物基因組中的特定位點(diǎn)。想象一下，基因編輯技術(shù)就像是一把微型的基因“剪刀”，可以精確地剪下或插入生物體基因組中的特定DNA序列。

過去，基因編輯主要集中在小范圍的修改，類似于在一段文字中進(jìn)行小幅度的修正，這類小修改相對(duì)容易，但是，當(dāng)我們?cè)噲D引入更大片段的DNA時(shí)，就像是在一篇文章中插入一整段文字，這就會(huì)變得相當(dāng)復(fù)雜。

要知道，通常，使用的基因編輯工具，比如CRISPR-Cas9，是通過引導(dǎo)RNA將Cas9蛋白引導(dǎo)到特定的基因組位點(diǎn)，然后Cas9蛋白負(fù)責(zé)剪切或修改這個(gè)位點(diǎn)的DNA序列。在小范圍修改中，只需引導(dǎo)RNA攜帶Cas9到目標(biāo)基因的相對(duì)短的DNA序列上。這種小范圍的修改更容易、更精準(zhǔn)。

然而，當(dāng)我們?cè)噲D引入更大片段的DNA時(shí)，就會(huì)面臨許多挑戰(zhàn)。首先，引導(dǎo)RNA需要匹配目標(biāo)DNA序列，但RNA分子有自己的穩(wěn)定性和長度的限制。較大的DNA片段可能需要更長的引導(dǎo)RNA，這就增加了設(shè)計(jì)的難度。其次，Cas9蛋白負(fù)責(zé)DNA的切割，但其活性區(qū)域有其大小和構(gòu)造的限制。引入較大的DNA片段可能需要更復(fù)雜的Cas9構(gòu)造，以確保有效的切割和插入。

面對(duì)這些問題，科學(xué)家也提出了很多新興的解決方案，其中之一是使用一種稱為單鏈退火蛋白（SSAP）的分子。這個(gè)分子可以看作是一種導(dǎo)航工具，通過失去了剪切活性的CRISPR-Cas9系統(tǒng)，能夠?qū)⒋蠹s2kb的DNA序列精準(zhǔn)地引導(dǎo)插入到生物基因組的特定位置。

再比如，由中國科學(xué)院的高彩霞教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了 PrimeRoot，這項(xiàng)技術(shù)使用了一種被稱為Prime Editing的方法，Prime Editing的原理就像是在文字中進(jìn)行精確編輯，而不是簡單地剪切和粘貼，這項(xiàng)技術(shù)使用一種特殊的酶，可以按照設(shè)計(jì)的方式在基因組中插入新的DNA序列，同時(shí)確保高度的準(zhǔn)確性和精確性。

總的來說，大片段DNA插入技術(shù)突破了過去基因編輯主要專注于小范圍修改的限制，使科學(xué)家能夠更精準(zhǔn)地引入更大片段的基因組改變。這為基因組定點(diǎn)修復(fù)和精準(zhǔn)基因編輯提供了更可行的途徑，對(duì)于研究人類基因和解決基因相關(guān)疾病，以及在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行植物基因組工程都具有重要的意義。

原文標(biāo)題 : 陳根：大片段DNA插入來了，基因編輯迎接新時(shí)代