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强大的xCas9让CRISPR基因编辑更加万能

    当沉浸在被称作CRISPR的革命性基因组编辑方法所产生的兴奋中时,你应不会了解到以下一点:正如如今实践中表现的那样,它远非完美。它的标准组分仅在基因组的有限区域中寻找并切割DNA,而且它的分子剪刀会发生摇摆,从而导致“?#23547;小?#31361;变。许多研究团队正在努力做得更好。如今,在一项新的研究中,由美国哈佛大学化学家David Liu领导的一个团队设计出一?#20013;?#30340;CRISPR版本,该版本有潜力变得更加灵巧和更加精确。相关研究结果于2018年2月28日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Evolved Cas9 variants with broad PAM compatibility and high DNA specificity”。


    美国马萨诸塞大学医学院的CRISPR先驱Erik Sontheimer说,“这是一项非常令人印象深刻的重要研究。”

 

    CRISPR有多?#20013;?#24335;,但它们?#23478;览?#20110;由RNA组成的向导分子来携带一种DNA切割酶---最为常用的一种是Cas9 ---到基因组的特定区域上。然而,这种复合物在DNA上的着陆位点具有特定的分子特征。标准CRISPR工具包中的酶Cas9因它天然地来源于酿脓链球菌(Streptococcus pyogenes)而被称作spCas9,它仅能够着陆在一端具有特定的三碱基NGG(N代表四种碱基中的?#25105;?#19968;种,G代表鸟嘌呤)的基因组片段上。在长32亿个碱基对的人基因组中,大约仅其中的1/16具有正确的序列。Liu说,“这一个真正的限制。”

 

    这项新的研究对spCas9酶进行修饰,从而使?#20204;?#22312;的着陆位点增加了至少4倍。从理论上讲,这可能允许人们破坏或取代CRISPR当前无法触及的与人类疾病相关的基因的许多部分。

Liu实验室先是设计大?#21487;?#21152;改动的spCas9。随后,在64种可能的三碱基着陆位点---在技术上被称为前间隔序列邻近基序(protospacer adjacent motif, PAM)中,Liu团队选择出能够使用更多三碱基着陆位点的spCas9稍加改进版。他们将他们的新酶称为xCas9,最好的xCas9选择着陆位点NGN,这种三碱基存在于四分之一的人基因组中。

 

    Liu预计xCas9为获得更多的着陆位点所付出的代价是更多的潜在危险的?#23547;?#20999;割,这让希望在医学领域使用CRISPR的科学家们感到担忧。毕竟,传统观点认为作为细菌免疫策略的一个天然部分,Cas9在它的DNA结合方面已变得杂乱章,这是因为这不会破坏特异性。Liu解释道,“PAM结合就好比?#24378;?#38376;人,如果你的看门人喝醉了,并且让很多Cas9跳舞,这应当会破?#34507;?#21521;性。”但是相反的情形发生了。他说,“如果你要我对为何会如此进行机制上的详细解释,那么我的答案是'我不知道'。”

 

    美国斯坦福大学CRISPR研究员Stanley Qi说,这种双赢局面是“非常令人吃惊的”,并且应当会激起许多实验室的兴趣。“在这项研究中,真正的考验是如果人们急于使用xCas9(在忘记它的初始版本的情形下)。至少在我的实验?#20381;錚?#25105;们非常渴望在我们的应用中尝试使用它。”

 

    Liu提醒道,这种标准的Cas9多年来已证实了?#32422;海?#36804;今为止,相比于初始的Cas9(即spCas9)已在上千个基因组位点上进行过测试,他的实验?#21307;?#22312;基因组的几十个位点上测试了这?#20013;?#30340;xCas9。“我并不100%确定xCas9将比spCas9更好。我想要每个人都来测试它,这是因为我想知道是否确实如此。”

 

    (本文转载自生物谷)

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