跳躍:「跳躍基因」如何改變基因編輯

2020-11-29 央法傳媒網

央法傳媒網，多年來，科學家們一直在使用一種類似剪刀的工具來完成複雜的基因編輯任務，但是一種新發現的使用「跳躍基因」的技術可以提供一種無縫的、更安全的替代方法。

基因編輯是改變DNA的一部分的過程，DNA是控制有機體如何發育和行為的代碼。它可以糾正或刪除代碼的部分，或插入部分，原因包括預防疾病。

編輯的一個關鍵工具是CRISPR-Cas9過程，它使用CRISPRs(細菌免疫防禦系統的一部分)來定位DNA中的目標，而Cas9蛋白則用來「剪切」DNA鏈。

然後DNA自我修復，有時由編輯過程中插入的模板引導。

但是這個過程並不總是有效的——有時候修復是不完整的，或者是不正確的，切割引起的損傷反應可能會產生負面的副作用。

去年，一項研究發現，這種技術「經常」導致「廣泛的」意想不到的基因突變。

但周四發表在《自然》(Nature)雜誌上的一項新研究提供了一種全新的方式來編輯DNA中的基因:「跳躍基因」，也被稱為轉座子，可以有效地插入DNA，而不需要切割。

-「驚人的精確度」-

跳躍基因「具有直接插入或整合……沒有DNA雙鏈斷裂。

哥倫比亞大學生物化學和分子生物物理系的助理教授斯滕伯格補充說:「從本質上講，你避開了所有這些複雜性，你就不需要DNA斷裂了。」

這項研究的靈感來自2017年的一項發現，即某些類型的跳躍基因包含CRISPR-Cas9系統。

斯滕伯格和他的團隊決定把重點放在霍亂弧菌的跳躍基因上，看看它是否可以用於編輯。

斯滕伯格說，雖然跳躍基因的特性已經為人所知有一段時間了，但在過去，科學家們一直在努力克服這種傾向，即「幾乎在基因組的任何地方毫無規律地」著陸。

但他們發現，這種跳躍基因可以通過嚮導進行有效編程，「這樣它就能以令人難以置信的精確度將自己插入基因組中用戶定義的位置」。

這意味著科學家可以確保編輯工作在正確的地方，以正確的方式進行，並使他們擺脫對DNA自身修復機制的依賴。

研究人員發現，這種跳躍基因能夠將「基因貨物」儲存到基因組中，提供長達1萬個鹼基的序列。

研究人員通過對編輯過的基因組進行測序，檢查了他們的工作，發現添加的基因被精確地插入，沒有在其他地方產生額外的拷貝——這是CRISPR基因編輯可能出現的問題。

就在這項研究發表的幾天前，另一個美國團隊在《科學》(Science)雜誌上發表了類似的研究成果。據報導，《科學》雜誌比斯滕伯格的技術效率更高，但精確度更低。

斯滕伯格說:「我認為這兩項研究都凸顯了CRISPR和跳躍基因之間的聯繫是多麼普遍，毫無疑問，還有更多的研究有待發現。」

-編輯爭議-

斯滕伯格說，這項新技術具有「非常令人興奮」的潛力，包括治療人類。

他說:「這種方法可以使治療基因以比目前可能得更安全的方式插入基因組。」

對於某些類型的細胞來說，它可能會改變遊戲規則，比如神經元，它們頑固地抵制使用「剪切」過程進行基因編輯。

斯滕伯格說，這項技術還可能在工業生物技術和複雜的細菌群落(如腸道)中開闢新的編輯選項。

基因編輯通常被認為具有治療疾病的潛力。它已被用於恢復小鼠聽力和修復人類胚胎中的致病突變。

但近幾個月來，它在人類胚胎中的應用受到了關注。此前，一名中國研究人員改變了雙胞胎女孩的DNA，植入了一種基因突變，使她們對愛滋病病毒具有免疫力。

這一爭議促使專家呼籲暫停所謂的生殖系編輯，即改變精子、卵子或胚胎中的可遺傳DNA。

但是斯特恩伯格說，儘管他的研究為基因編輯提供了一種新的工具，但這並沒有改變關於基因編輯的爭論。

他說:「至少現在的問題不是如何做出改變，而是首先要不要做出改變。」

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