每個(gè)人都在談?wù)揅RISPR-Cas。這種生物技術(shù)提供了一種相對(duì)快速和簡(jiǎn)單的方法來(lái)操縱細(xì)胞中的單個(gè)基因，這意味著它們可以被精確地刪除、替換或修改。此外，近年來(lái)，研究人員也一直在使用基于CRISPR-Cas的技術(shù)系統(tǒng)地增加或減少單個(gè)基因的活性。無(wú)論是在基礎(chǔ)生物學(xué)研究領(lǐng)域，還是在植物育種等應(yīng)用領(lǐng)域，相應(yīng)的方法都在很短的時(shí)間內(nèi)成為了世界范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)。

迄今為止，在大多數(shù)情況下，研究人員只能用這種方法一次修改一個(gè)基因。有時(shí)，他們能一口氣做到兩三個(gè)；在一個(gè)特殊的情況下，他們能夠同時(shí)編輯7個(gè)基因?，F(xiàn)在，位于巴塞爾的蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物系統(tǒng)科學(xué)與工程系的Randall Platt教授和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)出一種方法--正如他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中證明的那樣--可以同時(shí)修改細(xì)胞中25個(gè)目標(biāo)基因位點(diǎn)。Platt認(rèn)為這還不夠，他表示這個(gè)數(shù)字還可以進(jìn)一步增加，增加到幾十甚至幾百個(gè)基因。無(wú)論如何，這種方法為生物醫(yī)學(xué)研究和生物技術(shù)提供了巨大的潛力。"多虧了這個(gè)新工具，我們和其他科學(xué)家現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)我們過(guò)去只能夢(mèng)想的事情。"

圖片來(lái)源：ETH Zurich Carlo Cosimo Campa

有針對(duì)性的大規(guī)模細(xì)胞重編程

細(xì)胞中的基因和蛋白質(zhì)以許多不同的方式相互作用。由此產(chǎn)生的由數(shù)十個(gè)基因組成的網(wǎng)絡(luò)確保了有機(jī)體的細(xì)胞多樣性。例如，它們負(fù)責(zé)將祖細(xì)胞分化為神經(jīng)元細(xì)胞和免疫細(xì)胞。Platt說(shuō)："我們的方法使我們第一次能夠一次性系統(tǒng)地修改整個(gè)基因網(wǎng)絡(luò)。"

此外，它還為復(fù)雜的大規(guī)模細(xì)胞編程鋪平了道路。它可以用來(lái)增加某些基因的活性，同時(shí)降低其他基因的活性。這種活性變化的時(shí)間也可以精確控制。

這對(duì)于基礎(chǔ)研究很有用，例如研究為什么不同類型的細(xì)胞行為不同，或者研究復(fù)雜的遺傳疾病。它也將被證明對(duì)細(xì)胞替代療法有用，包括用健康細(xì)胞替代受損細(xì)胞。在這種情況下，研究人員可以使用該方法將干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為分化的細(xì)胞，如神經(jīng)元細(xì)胞或產(chǎn)生胰島素的β細(xì)胞，反之亦然，從分化的皮膚細(xì)胞中產(chǎn)生干細(xì)胞。

Cas酶的雙重功能

CRISPR-Cas方法需要一種稱為Cas的酶和一個(gè)小RNA分子。它的堿基序列就像一個(gè)"地址標(biāo)簽"，把酶精確地指向染色體上的指定作用位點(diǎn)。ETH的科學(xué)家們已經(jīng)創(chuàng)造了一個(gè)質(zhì)粒，，它存儲(chǔ)了Cas酶的序列和許多RNA地址分子，并按順序排列：換句話說(shuō)，包含一個(gè)更長(zhǎng)的地址列表。在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員將這種質(zhì)粒插入人類細(xì)胞，從而證明了幾個(gè)基因可以同時(shí)被修改和調(diào)控。

對(duì)于這項(xiàng)新技術(shù)，科學(xué)家們并沒(méi)有使用目前大多數(shù)CRISPR-Cas方法中所使用的Cas9酶，而是使用了相關(guān)的Cas12a酶。它不僅可以編輯基因，還可以把長(zhǎng)長(zhǎng)的"RNA地址列表"同時(shí)切成一個(gè)個(gè)"地址標(biāo)簽"。此外，Cas12a可以處理比Cas9更短的RNA地址分子。Platt說(shuō)："這些尋址序列越短，我們就能在質(zhì)粒上找到越多的尋址序列。"

參考資料：

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