保護(hù)CRISPR基因驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的有效策略

根據(jù)今天發(fā)表在eLife上的一項(xiàng)研究，研究人員首次展示了兩種分子策略如何在實(shí)驗(yàn)室中保護(hù)CRISPR基因驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。

他們的研究報(bào)告bioRxiv的結(jié)果首次表明，科學(xué)家可以有效地利用合成靶位點(diǎn)和分裂驅(qū)動(dòng)進(jìn)行基因驅(qū)動(dòng)的研究，而不用擔(dān)心在整個(gè)自然人群中的意外傳播。

基因驅(qū)動(dòng)，比如在瘧疾蚊子身上測(cè)試的基因驅(qū)動(dòng)，是一種設(shè)計(jì)用來(lái)在人群中傳播的基因包。他們通過(guò)一種叫做“驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化”的過(guò)程實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)，在這個(gè)過(guò)程中，Cas9酶和一種叫做導(dǎo)向RNA(gRNA)的分子在基因組的某個(gè)位置切割。然后在DNA斷裂修復(fù)后復(fù)制驅(qū)動(dòng)器。

紐約康奈爾大學(xué)生物統(tǒng)計(jì)與計(jì)算生物學(xué)系博士后研究員Jackson Champel解釋說(shuō)：“基于CRISPR的基因驅(qū)動(dòng)引起了人們的熱情和深切關(guān)注，因?yàn)樗赡軙?huì)在基因上改變整個(gè)物種?！斑@就提出了一個(gè)問(wèn)題，那就是我們有能力防止這種驅(qū)動(dòng)因素?zé)o意中從實(shí)驗(yàn)室傳播到自然界。

“目前，避免意外傳播的策略涉及對(duì)含有駕駛員的生物體進(jìn)行物理限制。然而，考慮到人為失誤的可能性，目前還不確定這是否足以降低任何意外逃到野外的可能性?！?

最近，兩種分子保護(hù)策略被提出，它們不僅限制了生物的研究。第一個(gè)是由合成靶位點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的，這些靶位點(diǎn)位于野生生物中不存在的工程基因組位點(diǎn)。第二種是切割驅(qū)動(dòng)的，其中驅(qū)動(dòng)構(gòu)建體缺乏一種叫做內(nèi)切核酸酶的酶，但依賴于一種被設(shè)計(jì)得很遠(yuǎn)的酶。

“這些策略的本質(zhì)意味著它們應(yīng)該防止在各自實(shí)驗(yàn)室線外的有效傳播，”Champer補(bǔ)充道?！拔覀兿胫浪鼈兪欠穸季哂信c標(biāo)準(zhǔn)尋的驅(qū)動(dòng)器相似的性能，以及它們是否是早期基因驅(qū)動(dòng)研究的合適替代品?！?

因此，該團(tuán)隊(duì)在果蠅中設(shè)計(jì)并測(cè)試了三種合成靶位點(diǎn)驅(qū)動(dòng)程序。每個(gè)驅(qū)動(dòng)因子都以基因組中三個(gè)不同位點(diǎn)之一引入的增強(qiáng)型綠色熒光蛋白(EGFP)基因?yàn)槟繕?biāo)。對(duì)于分體式驅(qū)動(dòng)，他們?cè)O(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，使得X聯(lián)動(dòng)底座發(fā)黃，缺少Cas9。

他們的分析表明，帶有合成靶位點(diǎn)的CRISPR基因驅(qū)動(dòng)程序(如EGFP)表現(xiàn)出與標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)程序相似的行為，因此可以用來(lái)替代這些驅(qū)動(dòng)程序的大多數(shù)測(cè)試。拆分驅(qū)動(dòng)程序顯示出類似的性能，并且當(dāng)難以使用合成目標(biāo)時(shí)，還允許以自然序列為目標(biāo)。其中包括需要針對(duì)天然基因的群體抑制驅(qū)動(dòng)因素。

康奈爾大學(xué)生物統(tǒng)計(jì)與計(jì)算生物學(xué)系助理教授、資深作者菲利普刀子樂(lè)隊(duì)說(shuō)：“根據(jù)我們的研究結(jié)果，我們建議在未來(lái)基因驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)和測(cè)試中，應(yīng)該始終采用這些保護(hù)策略?！斑@對(duì)于大規(guī)模圈養(yǎng)實(shí)驗(yàn)非常重要，旨在提高我們對(duì)候選駕駛員預(yù)期種群動(dòng)態(tài)的理解。最終，這種理解對(duì)于討論將成功的驅(qū)動(dòng)因素釋放到野外的可行性和風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要，例如減少瘧疾和其他病媒傳播的疾病?！?

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