新的CRISPR基因编辑系统可以批量“拖放”DNA 损伤更小成功率更高

【资料图】

CRISPR基因编辑工具箱中增加了一项新技术。该系统被称为PASTE，用病毒酶将大段的DNA"拖放"到基因组中，这可能有助于治疗一系列的遗传疾病。CRISPR系统起源于细菌，细菌将其作为一种防御机制来对付捕食它们的病毒，原理是如果一个细菌能够在病毒感染中幸存下来，它将使用CRISPR酶来剪掉病毒DNA的一小段，并利用它来提醒自己如何抵御该病毒的未来感染。

在过去的几十年里，科学家们将这一系统调整为一个强大的基因工程工具。CRISPR系统由一种酶组成，通常是一种叫做Cas9的酶，它可以切割DNA，还有一个短的RNA序列，指导该系统在基因组的正确部分进行切割。这可以用来剪掉有问题的基因，如那些导致疾病的基因，并可以用其他更有益的基因来替代它们。问题是这一过程涉及破坏DNA的两条链，由于细胞可能很难按原定计划重新修补，从而导致非预期的改变和被编辑细胞的更高癌症风险。

因此，麻省理工学院的研究人员着手开发一种新版本的工具，它对基因组更加温和。与现有CRISPR-Cas9的"剪切和粘贴"方法不同，该团队将这种新方法描述为更像一个"拖放"系统。PASTE，即"通过特定位点靶向元素的可编程添加"，仍然使用Cas9酶在引导RNA指定的位置切割DNA，但不同的是，新系统先切割一条链，"粘贴"后然后再切割另一条链，而不是同时切割两条链，这使其稳定性更佳。

新基因的插入由称为丝氨酸整合酶的酶处理，这些酶被病毒用来感染细菌并将其DNA插入目标的基因组--具有讽刺意味的是，CRISPR的起源是细菌对这些确切攻击的防御。这些整合酶自然地寻找目标基因组中的特定序列，因此在PASTE系统进行温和切割后，它插入了整合酶正在寻找的小"着陆点"序列。最后，整合酶将其DNA有效载荷插入该部位的基因组中。

在一系列测试中，该团队将PASTE系统用于人类肝脏细胞、T细胞和淋巴细胞，将13个不同的基因插入基因组的9个位置。其成功率高达60%，并且在插入部位产生的错误非常少。然而，在具有"人性化"肝脏的小鼠身上进行的试验只在大约2.5%的细胞中起作用。

这种技术不仅更温和，而且可能更安全，但该团队表示，它能够一次插入大量的DNA--在测试中可以实现高达36000个碱基对的处理。这可能使它对替换有缺陷的基因特别有用，如那些导致囊性纤维化或亨廷顿氏病的基因。

"这是一种可能针对这些真正难以治疗的疾病的新的遗传方式，"该研究的高级作者Omar Abudayyeh说。"我们想努力实现基因治疗在其最初成立时应该做的事情，那就是替换基因，而不仅仅是纠正个别突变。"

虽然在改进PASTE之前还有很多工作要做，它可以被用于治疗这些疾病，但也不乏其他正在开发的CRISPR的温和变体。这包括CRISPR-Combo、MAGESTIC、RLR，以及使用噬菌体或跳跃基因的系统。

这项新研究发表在《自然-生物技术》杂志上。

关键词： 淋巴细胞 病毒感染 囊性纤维化

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