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CRISPR帶來一場生物醫學大變革
瀏覽數：4578 發表于：2015-06-12CRISPR,這一強大的基因編輯技術成為了繼PCR之后最大的游戲規則改變者，給生物界帶來了巨大的沖擊。6月3日，Nature網站發表了一篇題為“CRISPR,the disruptor”的長篇文章，向我們娓娓講述了CRISPR的好，CRISPR的壞，和那些仍然未知的事情……
CRISPR正在引動生物醫學研究的一場大變革。不同于其他的基因編輯技術，它廉價、快捷且使用方便，由此席卷了世界各地的實驗室。研究人員希望能夠利用它來校正人類基因以消除疾病，構建出生命力更強的植物，消滅病原體，以及將之應用于更廣泛的領域。
美國康奈爾大學(伊薩卡)遺傳學家John Schimenti說：“自我進入到科學界以來我看到了兩次巨大的發展：CRISPR和PCR。在1985年發明PCR以后，這一基因擴增技術徹底改變了遺傳工程學。與PCR相似，CRISPR也正在許多方面影響著生命科學。”
長期以來，生物學家們都是采用一些分子工具來編輯基因組。大約10年前，一種叫做鋅指核酸酶(ZFNs)的蛋白讓他們感到興奮不已，其有望精確有效地實現基因組編輯。布蘭迪斯大學分子生物學家James Haber說，但這一價格達到5,000美元以上的ZFNs，卻因為難于操控及成本高昂無法被廣泛采用。
CRISPR以不同的方式發揮作用：它依賴于稱作為Cas9的酶，利用一條導向RNA分子來導向追蹤它的靶DNA，然后編輯這段DNA來破壞某些基因，或是插入所需的序列。研究人員通常只需要定制RNA片段；其他的組件都可以購買現成的。其總成本只要30美元。Haber說“這一技術如此的大眾化，以致每個人都在使用它。這是一場巨大的變革。”
CRISPR技術很快讓鋅指核酸酶和其他的編輯工具變得黯然失色。對于一些人來說，這意味著他們付出了數年時間來完善的技術正遭到拋棄。維康基金會桑格研究中心(Wellcome Trust Sanger Institute)的遺傳學家Bill Skarnes說：“我感到很沮喪，但也很興奮。”
Skarnes將職業生涯的大部分時間都投入在使用上世紀80年中期引入的一種技術上：將DNA插入到干細胞中，然后利用這些細胞來構建出遺傳工程小鼠。它曾經是實驗室的主力技術，但費時且昂貴。而CRISPR只需要很短的一段時間就可以完成這一工作，因此2年前Skarnes開始采用這一技術。
研究人員傳統上嚴重依賴小鼠和果蠅一類的模式生物，其部分原因在于它們是唯一自帶著可以進行遺傳操控的極好工具箱的物種。現在，CRISPR使得在更多的生物中進行基因編輯成為了可能。例如，在4月Whitehead生物醫學研究所的研究人員報告稱，利用CRISPR研究了對免疫功能低下的人尤其致命的一種真菌——白色念珠菌(Candidaalbicans)，以往在實驗室中難以對其進行遺傳操控。加州大學博客利分校CRISPR技術先驅Jennifer Doudna記錄下了一份CRISPR改造生物的名單。到目前為止，她記錄了三十多種生物，包括致病寄生蟲錐體蟲(trypanosomes)和用來制造生物燃料的酵母。
但快速的發展也有其弊端。加州大學舊金山分校生物物理學家BoHuang說“人們沒有時間去確定這一系統一些非常基本的參數。有人抱有這樣一種心態：只要它起作用，我們就不必去了解它如何以及為什么起作用。”這意味著研究人員偶爾會遭遇一些技術問題。BoHuang和他的實驗室花了兩個月的時間來將CRISPR應用于成像研究。他認為如果能夠更多地了解如何優化導向RNA的設計，一個基本但重要的細微差別之處，耽誤的時間會更短一些。
總的來說，研究人員將這些視作是為這一強大的技術付出的微小代價。而Doudna則已開始在對它的安全性感到嚴重的擔憂。Doudna的擔憂源自2014年召開的一次會議，當時她看到在一項博士后研究工作中，一種病毒被改造攜帶著一些CRISPR元件進入到了小鼠體內。小鼠吸入了這一病毒，這使得CRISPR系統能夠操控突變，構建出了人類肺癌模型。對此Doudna感到一陣寒意；在設計導向RNA時一個微小的錯誤就可能導致CRISPR同樣在人類肺臟中起作用。“這看起來相當可怕，你可能有一些學生也正在開展這樣的工作。讓人們認識這一技術能做些什么非常的重要。”
這項研究工作的主要作者、紀念斯隆-凱特琳癌癥中心癌癥研究人員Andrea Ventura說，他的實驗室認真思考了安全性問題：設計的導向序列靶向的是小鼠獨有的基因組區域，且病毒喪失了功能，無法進行復制。不過他同意預計遠期風險的重要性。“這些導向序列并非設計用來切割人類的基因組，但世事難料。盡管不太可能，但仍然有必要考慮這一點。”
文章轉載自《中國生物技術信息網》http://www.biotech.org.cn/information/133386
