CRISPR-Cas9是一種革命性的基因編輯工具，但它并非沒(méi)有缺點(diǎn)。現(xiàn)在，哈佛大學(xué)的科學(xué)家們展示了一種被稱為Retron Library Recombineering（RLR）的替代性基因工程系統(tǒng)，它在不切割DNA的情況下工作，可以快速應(yīng)用于巨大的細(xì)胞群。

CRISPR的工作方式就像一把基因剪刀，能夠?qū)罴?xì)胞的基因組進(jìn)行精確的剪切和粘貼編輯。該系統(tǒng)可以尋找到一個(gè)特定的DNA序列，然后使用一種酶，最常見(jiàn)的是Cas9來(lái)進(jìn)行切割。當(dāng)細(xì)胞執(zhí)行其DNA修復(fù)程序時(shí)，CRISPR指示它使用不同的序列而不是原來(lái)的序列，從而實(shí)現(xiàn)編輯基因組的目的。

這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)被證明在一系列的應(yīng)用中是非常有價(jià)值的，從治療癌癥、艾滋病和肌肉萎縮癥等疾病，到害蟲(chóng)控制、改善農(nóng)作物，以及用細(xì)菌制造生物計(jì)算機(jī)。

然而，也有潛在的問(wèn)題。切割DNA可能會(huì)導(dǎo)致一些意想不到的副作用，而且有人擔(dān)心CRISPR可能會(huì)在基因組的錯(cuò)誤部分進(jìn)行編輯。對(duì)于大規(guī)模修剪工作來(lái)說(shuō)，CRISPR也可能是一個(gè)有點(diǎn)棘手的問(wèn)題，因?yàn)楹茈y跟蹤突變體在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中產(chǎn)生了哪些影響。

哈佛醫(yī)學(xué)院和懷斯研究所的研究人員提出的新基因編輯技術(shù)試圖解決這些問(wèn)題。RLR的主要區(qū)別在于它根本不切割DNA--相反，它在細(xì)胞分裂前復(fù)制其基因組時(shí)引入了新的DNA片段。

一張示意圖說(shuō)明了新的Retron Library Recombineering（RLR）基因編輯技術(shù)如何運(yùn)作：

說(shuō)明新的Retron Library Recombineering（RLR）基因編輯技術(shù)如何工作的示意圖Max Schubert/哈佛大學(xué)Wyss研究所

它是通過(guò)使用Retrons來(lái)實(shí)現(xiàn)的，Retrons是細(xì)菌DNA的片段，可以產(chǎn)生單鏈DNA（SSDNA）片段。事實(shí)證明，這原本是一種自我防御機(jī)制，細(xì)菌用它來(lái)檢查它們是否被病毒感染。通過(guò)添加所需的DNA片段和單鏈退火蛋白（SSAP），RLR系統(tǒng)確保在原始細(xì)胞分裂后，預(yù)期的DNA片段最終出現(xiàn)在子細(xì)胞的基因組中。

該研究的共同第一作者丹尼爾-古德曼（Daniel Goodman）說(shuō)："我們想，RLR應(yīng)該讓我們有能力在我們想要編輯的細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生ssDNA，而不是試圖從外部強(qiáng)迫它們進(jìn)入細(xì)胞，而且不會(huì)破壞本地DNA，這都是非常引人注目的品質(zhì)。"

這個(gè)新系統(tǒng)還有其他一些優(yōu)勢(shì)。它的擴(kuò)展性很好，允許一次產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)個(gè)突變，而且隨著細(xì)胞的復(fù)制，被編輯的細(xì)胞比例實(shí)際上也在不斷增加。Retron序列也可以像商品"條形碼"一樣被追蹤，讓科學(xué)家在試圖研究其效果時(shí)，可以輕松地檢查哪些細(xì)胞接受了哪種編輯。

Retron Library Recombineering（RLR）可以加快關(guān)于細(xì)菌基因突變的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)Max Schubert / 哈佛大學(xué)Wyss研究所

為了測(cè)試該系統(tǒng)，研究人員將其用于編輯大腸桿菌的種群。他們使用轉(zhuǎn)錄器向細(xì)菌引入抗生素抗性基因，并在對(duì)細(xì)菌進(jìn)行了一些其他調(diào)整以阻止它們修復(fù)DNA "錯(cuò)誤"后，他們發(fā)現(xiàn)超過(guò)90%的種群在20代后加入了所需的序列。由于轉(zhuǎn)基因的條形碼性質(zhì)，研究小組能夠輕松地跟蹤哪些編輯將所需基因轉(zhuǎn)移到細(xì)菌基因組中。

雖然還有很多工作要做，但該團(tuán)隊(duì)表示，新的RLR工具可以有一系列的應(yīng)用。從短期來(lái)看，它可以成為研究細(xì)菌基因組和突變的一個(gè)強(qiáng)大的新工具，可能有助于創(chuàng)造新的有益菌株或發(fā)現(xiàn)諸如抗生素抗性等問(wèn)題的治療方案。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，它可能導(dǎo)致在其他生物體，甚至是人類中形成一種更安全的CRISPR替代品。

"該研究的高級(jí)作者George Church說(shuō)："能夠用RLR分析集合的、條形碼的突變體庫(kù)，就能同時(shí)進(jìn)行數(shù)百萬(wàn)次實(shí)驗(yàn)，使我們能夠觀察整個(gè)基因組的突變效果，以及這些突變可能如何相互作用。"這項(xiàng)工作有助于建立一個(gè)在其他遺傳系統(tǒng)中使用RLR的路線圖，這為未來(lái)的遺傳研究提供了許多令人興奮的可能性。

該研究發(fā)表在PNAS雜志上。

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