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      用分子剪刀編輯生命之書(shū)
      
			
      
				2018-12-23 10:24:08
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			  來(lái)源：
			
      
		
      
				
		
      
			
      生命的代碼用 A(腺嘌呤)，T(胸腺嘧啶)，C(胞嘧啶)和G(鳥(niǎo)嘌呤)編寫(xiě)，字母代表脫氧核糖核酸(DNA)中四個(gè)核苷酸，指導(dǎo)細(xì)胞從細(xì)胞核中作用。這些字母在兩條鏈中配對(duì)的30億個(gè)拼寫(xiě)出人類(lèi)基因組序列，代碼科學(xué)家每天都在研究尋找疾病的原因。
      

      用分子剪刀編輯生命之書(shū)
      

      由于正在進(jìn)行的研究，我們對(duì)DNA代碼了解很多。我們可以閱讀每個(gè)人的獨(dú)特序列，并分析人們之間的差異導(dǎo)致疾病。但是，編輯這本生命書(shū)并將一個(gè)人的“壞DNA”改為“良好的DNA”來(lái)治療疾病的能力已被證明是困難的。
      

      2月份，兩個(gè)小組報(bào)告了通過(guò)切斷原始DNA片段并粘貼在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的人類(lèi)細(xì)胞中的新字母片段來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重大進(jìn)展。Le Cong和Ann Ran，哈佛大學(xué)的研究生，在張峰博士的實(shí)驗(yàn)室工作，與麻省理工學(xué)院，北京清華大學(xué)，哥倫比亞大學(xué)和洛克菲勒大學(xué)的合作者一起工作。博士后研究員Prashant Mali博士和研究生Luhan Yang都在George Church博士實(shí)驗(yàn)室攻讀博士學(xué)位。在哈佛醫(yī)學(xué)院(其研究由NHGRI基因組科學(xué)卓越中心(CEGS)資助)，與波士頓大學(xué)的同事一起工作。兩組都描述了用一種稱(chēng)為Cas9核酸酶的分子“剪刀”切割細(xì)胞中的DNA。
      

      這些研究人員使用另一種可以與DNA結(jié)合的核酸核糖核酸(RNA)將核酸酶剪刀導(dǎo)向數(shù)十億個(gè)DNA字母中的特定位置。附著在剪刀上的短鏈RNA搜索DNA以尋找它們的匹配，然后將匹配的DNA緊密結(jié)合，使剪刀切割目標(biāo)DNA。這些短RNA引導(dǎo)序列旨在尋找數(shù)十億字母中的特定DNA片段。使用兩個(gè)RNA導(dǎo)向器可以切除靶標(biāo)之間的DNA切片。Mali博士及其同事使用計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)了基因組中超過(guò)190,000個(gè)可以使用該系統(tǒng)進(jìn)行靶向的位點(diǎn)。
      

      切割DNA后，可以用兩種方法之一修復(fù)。錯(cuò)配的末端可以與它們自身重組(這被稱(chēng)為非同源末端連接或NHEJ)，或者由科學(xué)家設(shè)計(jì)的新DNA區(qū)段可以插入到原始區(qū)段被去除的相同位置(稱(chēng)為同源重組或HR)。NHEJ可引起導(dǎo)致癌癥等疾病的變化，而HR則更安全，更準(zhǔn)確。如果僅切割一條DNA鏈而不是兩條鏈，則DNA比更容易出錯(cuò)的NHEJ更可能通過(guò)更安全的HR機(jī)制進(jìn)行修復(fù)。兩組都將Cas9核酸酶剪刀工具改為僅僅“切割”一條DNA鏈，而不是切斷兩條鏈。這種Cas9'切口酶'允許科學(xué)家在設(shè)計(jì)的更換部分中粘貼更少的錯(cuò)誤。
      

      科學(xué)家在化膿性鏈球菌(Streptococcus pyogenes)中發(fā)現(xiàn)了Cas9核酸酶剪刀，這種細(xì)菌因引起發(fā)燒和疼痛的“鏈球菌”喉嚨而聞名。在低細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)這種令人興奮的工具表明，通過(guò)研究其他物種的基本生物學(xué)機(jī)制，人類(lèi)健康的進(jìn)步是多么重要。
      

      這些科學(xué)家只在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的人體細(xì)胞中證明了DNA編輯，而不是活人。今天，編輯細(xì)胞中的基因可以幫助科學(xué)家研究疾病的實(shí)驗(yàn)室模型，以了解疾病發(fā)生的原因并測(cè)試新療法。但進(jìn)一步的進(jìn)展可能并不遙遠(yuǎn)。例如，該技術(shù)可以應(yīng)用于植物中以編輯作物的DNA以抵抗感染并產(chǎn)生更高的產(chǎn)量。最終，在人類(lèi)中，DNA編輯可以修復(fù)導(dǎo)致出生時(shí)囊性纖維化或鐮狀細(xì)胞性貧血等疾病的壞基因。DNA編輯還可以修復(fù)在生命后期變壞并導(dǎo)致癌癥的基因。如果我們能夠利用Cas9的能力編輯人類(lèi)基因，我們應(yīng)該在哪里停止?正如著名科幻作家HG威爾斯所說(shuō)，“
      

      就目前而言，這一激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)代表著我們將我們從被動(dòng)讀者轉(zhuǎn)移到我們生命之書(shū)的主動(dòng)編輯的道路上取得的重大進(jìn)展。
      
			

			
        
      
			
      
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