最近基因編輯技術的飛躍使得十年前的想法看起來像科幻小說走向了現(xiàn)實的尖端。

已經(jīng)著名的CRISPR系統(tǒng)允許科學家通過切割和替換DNA切片編輯有缺陷的基因，但新的和改進的CRISPR技術已將CRISPR的手術刀擴展為瑞士軍刀。這些新工具使研究人員能夠更靈活地控制基因功能，而無需永久改變生物體的遺傳密碼。

這些多功能工具有助于解決癌癥和自身免疫性疾病等疾病的復雜遺傳問題。他們可以確定藥物開發(fā)的新目標，或指出有朝一日可能針對失明或肥胖相關遺傳缺陷的基因療法。

這些新技術的基礎，被稱為CRISPR-dCas9，由加州大學舊金山分校的研究人員Jonathan Weissman博士于2013年發(fā)明。Stanley Qi，博士(現(xiàn)在斯坦福大學);和Wendell Lim，博士

他們采用了CRISPR系統(tǒng)，因其能夠靶向和剪切DNA片段而聞名，并突變基因切割蛋白Cas9以創(chuàng)建dCas9。稱為CRISPRa(用于激活)和CRISPRi(用于干擾)的變體仍然靶向基因，但可以交換不同的分子工具來上調(diào)或下調(diào)基因表達。

Lim是細胞和分子藥理學系的主席，他將dCas9比作一種通用適配器，可以通過DNA堿基配對識別任何基因，然后用蛋白質(zhì)附件調(diào)節(jié)該基因。

“CRISPR-dCas9是一種非常強大的方式，可以在基因組的任何部分招募任何你想要的東西，”微生物學和免疫學助理教授，醫(yī)學博士，采用新工具的眾多研究人員之一Alexander Marson博士說。在他們的工作中。

促進健康基因治療肥胖癥

在加州大學舊金山分校藥學院生物工程和治療科學系教授Nadav Ahituv博士的實驗室中，研究人員已經(jīng)在老鼠身上發(fā)現(xiàn)可以糾正導致嚴重肥胖的遺傳缺陷。

健康的老鼠 - 和人類 - 有兩個基因拷貝(一個遺傳自每個父母)。完全廢除基因功能的一個拷貝中的缺陷(稱為單倍體不足)可導致疾病。例如，具有涉及體重的特定基因的一個缺陷拷貝的小鼠傾向于過度飲食并變得肥胖。Ahituv意識到在這種情況下，有機會獲得潛在的治療效果。“這里的訣竅是你仍然有一個現(xiàn)有的副本，這很好，”他說。

他的研究小組轉(zhuǎn)向在加州大學舊金山分校開發(fā)的CRISPR工具之一CRISPRa，以瞄準并提升該基因的健康拷貝，補償其破碎的雙胞胎。他們將CRISPRa系統(tǒng)包裝在病毒中，將其傳遞到神經(jīng)元細胞并將病毒注射到小鼠體內(nèi)。

治療過的小鼠停止暴飲暴食并很快減肥。當研究人員檢查目標基因的表達水平時，他們發(fā)現(xiàn)了正常水平。九個月后，小鼠保持正常體重，Ahituv說，因為神經(jīng)元不分裂，這些變化可能持續(xù)到動物的一生。

這種肥胖相關基因的單倍體功能不足是造成人們嚴重肥胖的一小部分病例的原因。Ahituv說，考慮到美國人口中肥胖率很高，即使是這么小的百分比也代表了很多人。

他的實驗室現(xiàn)在正在研究其他五種單倍體不足的疾病，特別是神經(jīng)疾病和腎臟疾病，作為CRISPRa治療的候選者，盡管在該技術可以在人體中進行試驗之前還需要做更多的工作。

研究人員承認，在將新的CRISPR工具轉(zhuǎn)化為人類療法時，他們將面臨重大挑戰(zhàn)。安全和精確的傳遞方法將是關鍵，因為確保遺傳變化是持久的。

揭示隱藏的開關

即使這些新的CRISPR工具暗示了基因治療的新途徑，它們已經(jīng)通過揭示構(gòu)成疾病的復雜遺傳相互作用開辟了其他療法的領域。

根據(jù)加州大學舊金山分校醫(yī)學教授，格萊斯頓研究所高級研究員，研究中使用CRISPRi及其相關技術的醫(yī)學博士Bruce Conklin所說，最直接的回報可能是確定新的治療目標。

“這些技術的強大之處在于，可以在一次實驗中測試數(shù)千種不同的藥物目標。這已經(jīng)為潛在有用的藥物提供了幫助，”他說。

據(jù)估計，98%的DNA不會編碼蛋白質(zhì)，而是作為2%的交換機。使用常規(guī)遺傳技術研究這些所謂的啟動子和增強子可能是神秘且耗時的。

通過CRISPRa，Marson的實驗室可以快速篩選基因組中的20,000多個非編碼位點并研究它們的功能 - 主要是通過翻轉(zhuǎn)許多開關并查看哪些開關打開燈。“這是確定遺傳因素功能意義的關鍵步驟，”馬森說。

在最近的CRISPRa屏幕上，Marson的實驗室與加州大學伯克利分校的Jacob Corn博士實驗室合作，確定了幾種與炎癥和自身免疫性疾病相關的增強劑。事實上，其中一種新發(fā)現(xiàn)的增強子與已知會增加腸易激綜合癥風險的常見遺傳變異相匹配，盡管其機制以前一直是個謎。

Lim已經(jīng)觀察了他幫助開拓的CRISPR-dCas9方法在短短幾年內(nèi)傳播到世界各地的研究實驗室。根據(jù)PubMed的數(shù)據(jù)，從2013年到2015年底，49篇論文在其標題或摘要中包含了dCas9這一術語。從2016年到2018年6月，242篇論文引用了相同的術語 - 增加了近五倍。

“這項技術在短短幾年內(nèi)傳播的速度令人驚訝。”林說。“它說明了簡單核心概念的靈活性。”