众多学者介绍基因编辑的最新进展

2016-10-17 14:43 来源: 生物通
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  CRISPR/Cas9系统以前所未有的DNA编辑能力,正在彻底改变基因组改造,这也引发了新的研究、专利之争和一些伦理问题。在近日举办的2016基因编辑、基因沉默和基因治疗方面的研究进展大会上,一些研究人员介绍了一些让人兴奋的新进展。

  解决导入问题

  据Bio-iT World报道,这次大会的一个关键议题是关于导入,如何更好地将基因编辑或基因沉默机制导入细胞。

  据哈佛-MIT健康科学技术分部的Daniel Anderson教授介绍,纳米颗粒为这些导入问题提供了一个独特的方案。“我们的身体有纳米颗粒的天然目的地,如脾脏、骨髓和肾脏,”Anderson说。

  他的研究小组将RNA封装在一个直径为50-100 nm的纳米颗粒中。“目标是让小干扰RNA(siRNA)分子与纳米颗粒结合,从而进入细胞,在那里发挥RNA干扰的机制,特异性破坏目标RNA,阻断蛋白质生产。”

  Anderson及其同事在小鼠模型中使用了纳米颗粒来导入CRISPR/Cas9系统,导致60%的插入缺失(indel)形成。他们的研究还包括酪氨酸血症,在这种疾病中,编码延胡索酰乙酰乙酸水解酶的基因带有突变。他们利用CRISPR/Cas9来校正突变。

  治疗遗传性眼病

  在爱荷华大学,研究人员正在利用基因编辑来解决一个家庭的遗传性眼病。爱荷华大学的小儿神经学教授Alexander Bassuk讨论了携带RPGR突变的两兄弟,他们患有X连锁视网膜色素变性,该疾病导致男孩和年轻男性的视力逐渐丧失,进而失明。他们的母亲有一只眼睛也患有相同的疾病。

  研究团队从患者细胞中生成诱导多能干细胞,之后利用CRISPR/Cas9系统来针对出问题的基因。他们获得了核苷酸的精确校正,但也有一些非同源末端连接,这是CRISPR/Cas9常见的。“我们的效率比较低;低于13%的细胞得到了校正,我们还有许多工作要做,”Bassuk说。

  据他们所知,这是第一个从皮肤活检到诱导多能干细胞,再到校正眼疾相关基因的研究。这是伟大的第一步,但研究人员仍然需要提高修复效率,并改善脱靶效应,让它适用于临床治疗。Bassuk的实验室正利用小鼠模型来开展研究。展望未来,“我们可以利用此方法来治疗所有视网膜疾病。视网膜很有吸引力,因为治疗时我们可以看到视网膜,并直接注射。皮肤和血液也是适用的方向,”Bassuk预测。

  对付慢性病毒感染

  此外,研究人员还在探索用基因编辑来对付慢性病毒感染。对于一些病毒引起的感染,比如HIV、HBV(乙肝病毒)和HSV(单纯疱疹病毒),目前的治疗方法可以控制但不能治愈。

  在华盛顿大学Fred Hutchinson癌症研究中心,Keith Jerome正在开发一类称为归巢核酸内切酶的基因编辑工具,它们对靶定的病毒具有高度的特异性和有限的脱靶效应。为了抑制病毒复制的能力,他们用复制缺陷型AAV(腺相关病毒)导入HSV特异的归巢核酸内切酶。在小鼠感染HSV后,他们在皮肤注射AAV载体。他们认为,AAV通过神经末梢进入,沿着轴突进行三叉神经节,带来基因编辑。

  这项研究的成果是颇有希望的。研究人员利用新一代测序,在2-4%的病毒基因组中检测到插入和缺失。靶向核酸内切酶是高度特异的,没有证据显示小鼠基因组中存在脱靶诱变。“我们面临的一个主要挑战是如何提高导入效率,不仅仅是HSV,HBV和HIV也同样,”Jerome说。“这种方法成功的关键取决于高效的导入系统。”

  基因治疗

  明尼苏达大学医学院的Walter Low教授正试验在猪中培养人体器官。由于猪的器官大小与人类相似,它们可以作为培养箱,从人类供体干细胞中培养出人体器官。Low表示,利用基因治疗,研究人员可敲除对猪的器官发育很重要的基因,创造出人类供体干细胞可生长的环境。这包括敲除对器官和细胞发育很关键的转录因子。

  它的基本概念是用基因治疗技术创建出不能形成器官的缺陷型猪胚泡,然后取出人类干细胞,将其导入缺陷胚泡中。之后将胚泡转移到代孕母猪体内,其后代将形成从干细胞发育而来的人体器官。这个器官可移植到需要肝脏、肾脏或心脏的个体。

  如今,研究人员已经敲除了与器官发育相关的转录因子,导致靶向器官发育缺乏。他们在一系列器官和免疫细胞中实现了这一点,包括胰腺、肺、肝、肾、胸腺、T细胞和B细胞。下一步,他们打算在猪中培养人体器官,他们已经在其他动物模型中完成了一些原理验证。

  有意思的是,现场的一名观众提出了一个重要的伦理问题:将人类干细胞引入猪,如果产生脱靶效应有何影响,包括是否有可能让猪意外形成人源化的脑。(哇!这是二师兄要现形吗?)研究人员表示,他们需要与监管部门密切合作。