基因編輯失效的“開關(guān)”：防止研究失控的最后防線
中國微生物菌種查詢網(wǎng) / 2017-01-11 08:29:41
近年來，科學(xué)家和普通民眾都對基因編輯技術(shù)愈發(fā)重視，一些人擔(dān)心它可能會引發(fā)意想不到的后果，甚至被用來制造生物武器。近日，加州大學(xué)舊金山分校的研究人員發(fā)現(xiàn)了一組能夠使基因編輯工具CRISPR-Cas9系統(tǒng)失效的蛋白質(zhì)，或許能避免上述后果的發(fā)生。
CRISPR-Cas9系統(tǒng)用途多種多樣。人們希望能用它來治療基因疾病。它的基礎(chǔ)是一種名叫SpyCas9的蛋白質(zhì)，可以將目標(biāo)DNA“剪切”下來。為了找到將其“關(guān)閉”的“開關(guān)”，研究人員對CRISPR-Cas9系統(tǒng)的研發(fā)過程展開了分析。正如CRISPR技術(shù)從細(xì)菌天生的抗病毒系統(tǒng)發(fā)展而來一樣，我們也能對病毒用來對抗CRISPR系統(tǒng)的蛋白質(zhì)加以利用。
研究人員試圖在該系統(tǒng)中找到“自我靶向”的證據(jù)——一些病毒會悄悄越過Cas9蛋白設(shè)置的屏障，將自己的基因插入細(xì)菌基因組中。研究人員提出假設(shè)稱，這些病毒一定開發(fā)出了某種‘CRISPR系統(tǒng)抑制劑’。否則，Cas9蛋白為了殺死病毒，便會將探測到入侵者的基因組整個切除。
“Cas9蛋白并不聰明。”約瑟夫·邦迪·德諾米說道?！叭绻绦蛞笏@么做的話，它們就會毫不猶豫地把自己的DNA切掉。因此，我們希望能找到這樣的基因鏈。既然這些細(xì)胞沒有自我毀滅，就說明整個CRISPR系統(tǒng)沒有被激活。”
研究人員分析了近300條李斯特菌基因鏈，結(jié)果發(fā)現(xiàn)約3%的基因鏈中存在這一現(xiàn)象。而在進(jìn)一步調(diào)查之后，他們發(fā)現(xiàn)了四種截然不同的抗CRISPR蛋白，能夠阻斷李斯特菌中Cas9蛋白的活動這與SpyCas9，蛋白十分類似。
研究人員在另外一系列實驗中發(fā)現(xiàn)，四種抗CRISPR蛋白中的兩種（分別名為AcrIIA2和AcrIIA4）在其它細(xì)菌中、以及在被編輯過的人類細(xì)胞中，能夠?qū)⒛繕?biāo)瞄準(zhǔn)特定基因，從而使SpyCas9蛋白失效，實驗結(jié)果說明這些蛋白質(zhì)能夠“有效抑制”得到了廣泛運用的CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)?！拔覀兘酉聛硪C明，這些抑制劑能夠真正提高編輯人體細(xì)胞基因時的精確度。我們還希望弄明白，這些抑制劑蛋白究竟是如何使Cas9蛋白的基因靶向能力失效的，并在其它細(xì)菌中繼續(xù)尋找其它更有效的CRISPR系統(tǒng)抑制劑?！毖芯咳藛T稱，找到SpyCas9蛋白的“關(guān)閉開關(guān)”能夠大大提高CRISPR技術(shù)的安全性和精確度，避免對目標(biāo)之外的基因進(jìn)行錯誤修改。該系統(tǒng)在目標(biāo)細(xì)胞中生效的時間越長，就越可能出現(xiàn)這樣的后果。
該發(fā)現(xiàn)還能在科學(xué)家使用“CRISPR干擾”（CRISPRinterference）和CRISPR激活（CRISPRactivation）等新技術(shù)時提供很大幫助。研究人員指出，他們能夠暫時地加快或阻斷細(xì)胞活動，甚至使基因組中相互聯(lián)結(jié)的基因同時變得活躍起來。而這反過來則能推動多基因疾病的研究和治療。此外，這些抑制劑還能被當(dāng)成一道安全防線。若該技術(shù)被用在了實驗室之外的地方，它們便可以迅速切斷工作進(jìn)程?！癈RISPR如此強(qiáng)大，很可能被用來從事危險的研究，因此研究人員和廣大公眾對它的擔(dān)心是很有道理的。而在CRISPR技術(shù)被用于惡意研究、或失去了控制時，這些抑制劑為我們提供了一條切斷研究進(jìn)程的途徑，使這種技術(shù)變得更加安全，能夠更好地為人們提供幫助?！?/span>