基因编辑技术新突破！科学家可以一次编辑多个基因组片段

有人说，基因编辑就像一个 “潘多拉魔盒”，一旦打开，就很难合上了。事实证明，所有技术都是一把双刃剑，基因编辑也同样如此。它既能带给我们难以预料的风险和伦理道德问题，也能资助我们更好地认识人类自己。而且，对于疾病发生的原因以及抑制疾病的方法，基因编辑起着不行替代的作用。基因编辑研究的希望，一直是人们关注的重点。

3 月 16 日，《自然生物科技》（Nature Biotechnology）杂志在线揭晓了一项新研究，来自多伦多大学泰伦斯 · 唐纳利细胞及生物分子研究中心的科学家通过使用一种名为 “CHyMErA” 的基因编辑方法，可以同时编辑基因组中的多个位点。

这一技术突破，有望资助科研人员深入明白差别 DNA 片段如何在康健和疾病中协同作用。

基于 CRISPR 的基因编辑技术彻底改变了人类基因组的研究，它使得科研人员可以通过准确敲除人体内的任何基因来获取对相关基因所具有功效的认知，但这类方法依然具有一些不足之处。好比，不能同时切除同一细胞中的多个基因或基因片段，这种类型的基因组手术是科学家相识基因组差别部门在正常生理和疾病情况下如何协同事情的关键。

日前，来自多伦多大学泰伦斯 · 唐纳利细胞及生物分子研究中心的分子遗传学教授 Benjamin Blencowe 和 Jason Moffat 划分向导的两支团队，配合提出了一种名为 “CHyMErA”（Cas Hybrid for Multiplexed Editing and Screening Applications）的基因编辑新方法。研究人员表现，这一方法可以同时对多个位置的 DNA 举行编辑，并应用于任何类型的哺乳动物细胞内。

Benjamin Blencowe 团队专注于外显子（exons）基因片段的调治和功效研究，Jason Moffat 团队则在 CRISPR 技术方面具有富厚的履历。

图 | CHyMErA 允许科研人员一次同时编辑多个基因（泉源：Ernesto del Aguila III，美国国家人类基因组研究所，美国国立卫生研究院）

CRISPR 通常被形貌为基因铰剪，其事情原理是通过引导 RNA 分子将 DNA 限制酶瞄准到基因组中的目的位置，使之可以附着在目的位置上。Cas9 是使用最为广泛的 DNA 限制酶。自从 Cas9 首次曝光以来，科学家们已经发现了其他具有奇特性质的 Cas 酶，并将其用于革新和扩大这项技术的应用。

“我们已经实验了许多方法来诱导基因片段敲除，但没有任何方法像 CHyMErA 一样有效。” Benjamin Blencowe 团队的研究助理 Thomas Gonatopoulos-Pournatzis 表现。

Michael Aregger 是 Moffat 实验室的研究助理，他在 CHyMErA 的基因筛选事情上发挥了关键作用。他表现，“有了 CHyMErA，你可以充实使用这两种酶。Cas9 已经被科研人员多次革新，具有了很是高的编辑效率，而 Cas12a 允许引导 RNA 的多路复用（multiplexing）。因此，我们在寻找可以敲除的基因组位点方面，具有了更多的灵活性。”

研究人员表现，下一步是使用 CHyMErA 对人类基因举行大规模筛选，系统分析差别基因如何配合作用以及基因内各个部门的功效。

解码旁系同源基因

在 CHyMErA 的一个应用中，研究人员瞄准了被称为旁系同源（paralogs）基因的一对基因，这些基因具有相似的 DNA 编码，但由于难以研究，现在科研人员对其并没有太多的认知。由于 paralogs 基因由祖先基因（ancestral gene）复制发生，人们认为它们在很大水平上具有相似的作用。但它们的功效无法被现有的单基因靶向方法展现，一个主要原因是另一个 paralog 可以弥补缺失基因的作用。

“有了 CHyMErA，我们可以把两个 paralog 成对取出，看看这个基因功效对细胞生存的影响，” Moffat 实验室的高级研究助理 Kevin Brown 说，“我们现在可以研究以前被遗漏的一类基因。”

在敲除了人类基因组中约莫 700 个 paralog 对之后，研究人员表现，这项分析证实了其中的许多基因对确实在细胞生存历程中发挥了类似的作用，但一些其他的基因对则具有差别的功效。

探究外显子

CHyMErA 的另一个应用是，可以通过将 Cas9 和 Cas12a 部署到四周的基因组位点来敲除外显子等基因片段。这使得研究团队可以单独切除数千个与癌症和大脑功效有关的外显子，在此之前，无法只用 Cas9 实现。

外显子被包罗在基因的转录本中，只管单个外显子对细胞历程的影响在很大水平上依然是未知的，但研究证明，外显子可以改变被编码卵白质的功效。在 CHyMErA 分析的 2000 个外显子中，发现凌驾 100 个对细胞生存至关重要，这就使得科研人员在未来的研究中可以专注于展现它们在疾病中的潜在作用。

“一旦我们确定外显子在疾病中所起的关键作用，我们就可以使用这些信息来开发新的治疗方法。” Gonatopoulos-Pournatzis 说。

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参考：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-03/uot-scn031320.php