發(fā)布日期：2018-07-06
CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)問世以來已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。利用這一技術(shù)開發(fā)的基因療法在醫(yī)療健康領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用前景。CRISPR/Cas9技術(shù)能夠?qū)蚪M在指定位點(diǎn)進(jìn)行基因編輯，但是對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)常見的憂慮是擔(dān)心基因編輯會(huì)在不該出現(xiàn)的地方發(fā)生。日前，英國(guó)巴斯大學(xué)(University of Bath)和卡迪夫大學(xué)(Cardiff University)的研究人員利用合成生物學(xué)(synthetic biology)技術(shù)開發(fā)出一種新型Cas9核酸酶。它讓CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)的活性受到一個(gè)低成本、豐富、無(wú)毒的氨基酸的調(diào)控，從而讓CRISPR/Cas9技術(shù)更為安全可控。這項(xiàng)研究發(fā)表在最新一期的《Scientific Reports》期刊上。
CRISPR/Cas9技術(shù)的重要一環(huán)是名為Cas9的核酸酶，它能夠切斷雙鏈DNA，從而介導(dǎo)基因編輯的產(chǎn)生。理想的Cas9應(yīng)該在需要完成基因編輯任務(wù)時(shí)表達(dá)，在完成基因編輯任務(wù)后失活。在調(diào)控Cas9核酸酶活性的研究領(lǐng)域，科學(xué)家們已經(jīng)獲得了重大進(jìn)展，目前Cas9核酸酶的活性可以被光、溫度、以及抗生素調(diào)控，但是這些調(diào)控手段都有不同的缺陷。例如，利用抗生素調(diào)控的Cas9核酸酶通常無(wú)法完全抑制Cas9的活性，而且使用抗生素可能影響動(dòng)物的微生物組，從而產(chǎn)生其它的副作用，并且可能導(dǎo)致自然界中的細(xì)菌產(chǎn)生對(duì)抗生素的抗性。
巴斯大學(xué)和卡迪夫大學(xué)的研究人員利用了合成生物學(xué)中基因密碼子擴(kuò)展(codon expansion)技術(shù)生成了一種新型Cas9核酸酶。自然界的蛋白由20種天然氨基酸組成，而細(xì)胞的蛋白合成機(jī)制利用64種基因密碼子來完成蛋白合成過程。基因密碼自擴(kuò)展技術(shù)將特定密碼子與非天然氨基酸配對(duì)，讓細(xì)胞在合成蛋白時(shí)在特定位點(diǎn)加入非天然氨基酸，從而賦予蛋白新的功能。
▲本研究的設(shè)計(jì)（圖片來源：《Scientific Reports》）
在這項(xiàng)研究中，研究人員將原本編碼中止信號(hào)的“UAG”密碼子與一種名為BOC的非天然氨基酸配對(duì)，他們同時(shí)在編碼Cas9蛋白的基因序列中引入U(xiǎn)AG密碼子。這導(dǎo)致這種新型Cas9蛋白的合成時(shí)需要環(huán)境中存在BOC氨基酸，如果BOC氨基酸不存在，那么Cas9蛋白就無(wú)法合成，CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)就沒有活性。而在環(huán)境中加入BOC氨基酸則會(huì)導(dǎo)致Cas9蛋白的合成，激發(fā)基因編輯系統(tǒng)的活性。
利用體外細(xì)胞培養(yǎng)模型和轉(zhuǎn)基因小鼠模型，研究人員證明了這種新型CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)只在BOC非天然氨基酸存在的情況下才會(huì)表現(xiàn)出基因編輯活性。這種調(diào)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于它可以中止Cas9蛋白的產(chǎn)生，從而在不需要基因編輯的情況下完全抑制Cas9核酸酶的活性。而且BOC氨基酸是一種賴氨酸的衍生物，它無(wú)毒、豐富、成本低、而且不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。
“從生物醫(yī)藥到食品安全，基因編輯在生命科學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域中具有巨大的潛力，”文章的負(fù)責(zé)人之一，卡迪夫大學(xué)的蔡羽軒博士說：“BOC提供了一種前景看好的調(diào)控基因編輯的方式。我們將繼續(xù)努力完善這一創(chuàng)新基因編輯系統(tǒng)。”
參考資料：
[1] A novel switch to control genome editing
[2] Switchable genome editing via genetic code expansion
原標(biāo)題：前沿 | 提高基因編輯安全性，CRISPR系統(tǒng)喜迎安全閥
來源：藥明康德
