西北农大张涌团队利用CRISPR技术培育出抵抗结核病的奶牛
在一项新的研究中，来自中国西北农林科技大学动物医学院的研究人员首次利用CRISPR/Cas9基因编辑技术成功地培育出具有增加抵抗牛结核病能力的奶牛。相关研究结果于2017年2月1日发表在Genome Biology期刊上，论文标题为“Single Cas9 nickase induced generation of NRAMP1 knockin cattle with reduced off-target effects”。
研究人员利用一种改进的CRISPR基因编辑技术将一种新的基因插入到奶牛基因组中，而且在奶牛基因组中没有检测到脱靶效应。当利用CRISPR构建转基因动物时，脱靶效应是一个常见的问题。
论文通信作者、西北农林科技大学动物医学院教授、博导张涌（Yong Zhang）博士说，“我们利用一种新的被称作CRISPR/Cas9n的CRISPR系统将结核抗性基因NRAMP1成功地插入到奶牛基因组中。我们随后能够成功地培育出具有增加抵抗结核病能力的奶牛。重要的是，我们发现这不会在奶牛基因组中产生脱靶效应，这意味着我们采用的这种CRISPR技术可能更好地适用于产生转基因家畜。”
鉴于CRISPR技术是一种准确地和相对容易地修饰遗传密码的方法，近年来，它已广泛地用于实验室中。然而，遗传密码的意外变化会因脱靶效应而发生，因此发现降低这些意外变化的方法是基因组学研究的首要任务。
张博士解释道，“当你想要将一种新的基因插入到哺乳动物基因组中时，很难在基因组中找到最佳的位点来插入这种基因。你不得不找遍整个基因组，寻找一个你认为将对附近的其他基因产生最小影响的区域。我们利用一种细致的方法鉴定出最适合于基因插入的区域，而且我们证实这不会在奶牛基因组中产生可检测到的脱靶效应。”
研究人员利用CRISPR/Cas9n技术将NRAMP1基因插入到来自雌性奶牛的牛胎儿成纤维细胞基因组中。随后，这些细胞在一种被称作体细胞核移植的过程中用作供体细胞。在这种体细胞核移植中，将来自携带这种新基因的供体细胞的细胞核导入到来自雌性奶牛的卵细胞中。他们在实验室中培养这些卵细胞，随后将它们转移到具有正常妊娠周期的母奶牛体内。作为对比，也利用标准的CRISPR/Cas9技术开展这些实验。
利用CRISPR技术培育出总共11只携带这种新基因的小奶牛，它们能够接受结核病抵抗性和脱靶效应评估。对这些小奶牛的基因分析结果揭示出已将NRAMP1基因成功地插入到所有小奶牛的基因组靶位点上。在利用这种新的CRISPR/Cas9n技术成功地插入NRAMP1基因的小奶牛中，没有一只小奶牛具有任何可检测到的脱靶效应，而之前利用CRISPR/Cas9技术成功地插入NRAMP1基因的小奶牛中，所有的小奶牛都存在脱靶效应。
当这些小奶牛接触牛结核分枝杆菌（导致牛结核病的细菌）时，研究人员通过测量血液样品中标准的感染标志物，发现这些转基因小奶牛表现出增加的牛结核病抵抗性。他们也发现从这些小奶牛中提取出的白细胞在实验室测试中更加抵抗牛结核分枝杆菌感染。
张博士说，“我们的研究首次证实这种CRISP/Cas9n系统能够被用来构建没有可检测到的脱靶效应的转基因家畜。我们的研究已在牛基因组中发现一个有用的位点，利用这种基因编辑技术靶向这个位点可成功地插入有益于家畜的新基因。”
