CRISPR-Cas重大进展：实现同时编辑几十个基因

每个人都在谈论CRISPR-Cas。这种生物技术提供了一种相对快速和简单的方法来操纵细胞中的单个基因，这意味着它们可以被精确地删除、替换或修改。此外，近年来，研究人员也一直在使用基于CRISPR-Cas的技术系统地增加或减少单个基因的活性。无论是在基础生物学研究领域，还是在植物育种等应用领域，相应的方法都在很短的时间内成为了世界范围内的标准。

迄今为止，在大多数情况下，研究人员只能用这种方法一次修改一个基因。有时，他们能一口气做到两三个；在一个特殊的情况下，他们能够同时编辑7个基因。现在，位于巴塞尔的苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的Randall Platt教授和他的团队已经开发出一种方法--正如他们在实验中证明的那样--可以同时修改细胞中25个目标基因位点。Platt认为这还不够，他表示这个数字还可以进一步增加，增加到几十甚至几百个基因。无论如何，这种方法为生物医学研究和生物技术提供了巨大的潜力。"多亏了这个新工具，我们和其他科学家现在可以实现我们过去只能梦想的事情。"

图片来源：ETH Zurich Carlo Cosimo Campa

有针对性的大规模细胞重编程

细胞中的基因和蛋白质以许多不同的方式相互作用。由此产生的由数十个基因组成的网络确保了有机体的细胞多样性。例如，它们负责将祖细胞分化为神经元细胞和免疫细胞。Platt说："我们的方法使我们第一次能够一次性系统地修改整个基因网络。"

此外，它还为复杂的大规模细胞编程铺平了道路。它可以用来增加某些基因的活性，同时降低其他基因的活性。这种活性变化的时间也可以精确控制。

这对于基础研究很有用，例如研究为什么不同类型的细胞行为不同，或者研究复杂的遗传疾病。它也将被证明对细胞替代疗法有用，包括用健康细胞替代受损细胞。在这种情况下，研究人员可以使用该方法将干细胞转化为分化的细胞，如神经元细胞或产生胰岛素的β细胞，反之亦然，从分化的皮肤细胞中产生干细胞。

Cas酶的双重功能

CRISPR-Cas方法需要一种称为Cas的酶和一个小RNA分子。它的碱基序列就像一个"地址标签"，把酶精确地指向染色体上的指定作用位点。ETH的科学家们已经创造了一个质粒，，它存储了Cas酶的序列和许多RNA地址分子，并按顺序排列：换句话说，包含一个更长的地址列表。在他们的实验中，研究人员将这种质粒插入人类细胞，从而证明了几个基因可以同时被修改和调控。

对于这项新技术，科学家们并没有使用目前大多数CRISPR-Cas方法中所使用的Cas9酶，而是使用了相关的Cas12a酶。它不仅可以编辑基因，还可以把长长的"RNA地址列表"同时切成一个个"地址标签"。此外，Cas12a可以处理比Cas9更短的RNA地址分子。Platt说："这些寻址序列越短，我们就能在质粒上找到越多的寻址序列。"

参考资料：

Carlo C. Campa et al， Multiplexed genome engineering by Cas12a and CRISPR arrays encoded on single transcripts， Nature Methods (2019). DOI： 10.1038/s41592-019-0508-6

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