Cell:革命性基因工程新技术 利用CRISPR/CAS构建小鼠模型

2013-5-06 12:01 来源: 生物360
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  怀特海德生物医学研究所(Whitehead Institute for Biomedical Research)的创始人 Rudolf Jaenisch,曾在1974年成功构建出第一只转基因小鼠,由此改变了遗传学的研究模式。

  近日,Jaenisch 等科学家在《细胞》(Cell)杂志上发表的一项研究成果将再次彻底改变遗传工程动物模型的构建方式,甚至有可能重新定义哪些物种可作为模式生物。

  这种新方法颠覆了游戏的规则。利用新技术,科学家现在可以在3-4周的时间内构建出携带5种突变的小鼠,而采用传统的方法这需要3-4年的时间。并且这种技术相当的简单,甚至比传统的方法还要简单得多。

  科学家们通过改变与特定疾病相关的特异基因,构建出小鼠模型。利用这种模型,科学家们可以研究疾病的发展和进程,以及各种遗传和化学干预所产生的影响。在过去的20年里,构建这种模型的方法相对没有发生什么改变:即科学家们将一段DNA插入到小鼠胚胎干(ES)细胞中,然后将修饰细胞注入到称作为胚泡(blastocyst)的极早期胚胎中,再将发育中的胚胎移植到代孕雌鼠体内。整个过程需要花费数年时间及数万美元才能构建出一种单拷贝基因“敲除”小鼠品系。且这样的基因敲除只能在极少数的物种中完成,其中包括小鼠和大鼠,这是因为它们的ES细胞可以进行可靠地培养和基因修饰。

  这种新技术,可以绕过ES细胞,快速有效地生成多个基因双拷贝均有突变的小鼠,它是以某些细菌利用来抵御病毒攻击的一种系统为基础。

  这是第一次利用这种称作 CRISPR/Cas 的系统,在一个多细胞生物体内改变多个基因。研究人员表示这一过程操作非常简单,将会普及至各个实验室。

  由于其更快速且高效,研究人员认为对于任何具有核心设施的机构或大学,这将成为他们着手构建携带特异突变小鼠的一种方法。研究人员能够非常有效地(效率大约为80%)在4个位点‘敲除’两个基因。而如果使用TALENs,只敲除一个基因,其效率大约为30%。

  ES细胞是传统方法生成模型的一个限制条件,而CRISPR/Cas技术甚至不需使用ES细胞,就可以生成突变小鼠。这或许可使得遗传学研究不再局限于具有ES细胞的有限模式生物。

  研究人员表示,这打破了对模式生物的定义。因此现在,即使只有有限的资源,通过确立的胚胎操控程序,任何动物都可以成为基因组工程受试者。利用大量的测序动物基因组,研究人员可以采用这一技术在更多的物种中建立有效的遗传操作,研究每种物种独特的生物学,更多地了解生物进化。

  尽管该研究小组还只利用CRISPR/Cas构成出小鼠模型,他们对于将其扩展应用于其他的动物也非常的该兴趣。研究人员还需要了解CRISPR/Cas系统是否存在任何意外的,不希望存在的脱靶效应,导致基因组发生我们不希望看到的改变。因此,科学家还需要开展研究进一步确定这一系统的精确性。