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世界上第一种基于CRISPR/Cas9的方法成功干预哺乳动物的遗传基因

1月23日,据外媒报道,美国生物学家开发了世界上第一种基于CRISPR/Cas9的方法来控制哺乳动物的遗传基因。

世界上第一种基于CRISPR/Cas9的方法成功干预哺乳动物的遗传基因

世界各地的科学家一直在使用CRISPR/Cas9在各种动植物物种中编辑遗传信息。一种编辑基因组的方法可以控制基因的两个中的哪一个传递给下一代。虽然这种“主动遗传学”方法是近年来在昆虫中发展起来的,但在哺乳动物身上进行这样的研究更具有挑战性。

然而,加州大学圣地亚哥分校的一个联合研究小组在老鼠身上开发了一种新的主动基因技术。加州大学圣地亚哥分校研究生Hannah Grunwald、助理研究员Valentino Gantz和由助理教授Kimberly Cooper领导的研究团队为这一基因编辑技术的进一步发展奠定了基础,包括它在人类疾病的生物医学研究。

Cooper说:“我们的动机是把它作为实验室研究人员控制小鼠多基因遗传的工具。随着进一步的发展,我们认为有可能建立复杂的人类基因疾病的动物模型,如关节炎和癌症,不过这些目前是不可能的。”

为了证明在老鼠身上的可行性,研究人员设计了一个活跃的基因“模仿”DNA元件到Tyrosinase基因中,该基因控制毛皮颜色。当模仿的元素破坏了老鼠两个基因时,原本是黑色的皮毛就变成了白色,这显然证明研究人员基因编辑的成功。

在为期两年的项目期间,研究人员使用了多种策略来确定复制的元素可以从一个染色体复制到另一个染色体,以修复CRISPR/Cas9所针对的DNA断裂。因此,最初只存在于两条染色体中的一条染色体上的元素被复制到另一条染色体上。在其中一个家庭中,86%的后代继承了父母亲的模仿因素,而不是通常的50%。

这种新方法在雌性小鼠卵子产生过程中起作用,但在雄性小鼠精子产生过程中无效。这可能是由于雄性和雌性减数分裂时间的不同,这一过程通常对染色体进行重组,并可能有助于这一工程复制事件。

Cooper和她实验室的成员们正在从第一批哺乳动物活跃的基因开始,并试图将这一工具扩展到多个基因和特征。Cooper说:“我们已经证明,我们可以将一种基因从杂合子转化为纯合子。现在,我们想看看能否有效地控制一只动物中三种基因的遗传。如果能同时对多个基因实现这一点,就可能彻底改变老鼠的遗传学。”

虽然这项新技术是为实验室研究开发的,但一些人已经设想了未来的基因驱动,将在野外利用这一方法,努力恢复被包括啮齿动物在内的入侵物种覆盖的生态系统中自然生物多样性的平衡。

然而,这些数据也表明,在野外实际使用所需的技术改进使人们有时间考虑实施这项新技术的应用领悟。然而,研究人员指出,他们的研究结果显示出了巨大的进步,这可能已经减少了推进人类疾病生物医学研究和了解其他类型复杂遗传性状所需的时间、成本和动物数量。

“我们也有兴趣了解进化的机制,”Cooper说,“例如,对于经过数千万年进化而来的某些性状,遗传变化的数量超过了我们目前在老鼠体内聚集起来的数量。因此,我们想要制造大量这些活跃的遗传工具,以了解哺乳动物多样性的起源。”

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