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CRISPR专家发表CRISPR/Cas9综述

2015.3.13

  CRISPR技术的确在科学界掀起了基因组编辑的狂潮。在Pubmed中快速检索“CRISPR”,目前已有1400多项结果。也相继有专家为该技术撰写了综述论文,例如:Science综述:CRISPR-Cas9系统的历史和未来;北大魏文胜最新发表CRISPR综述。

  最近,来自美国加州大学伯克利分校和布罗德研究院的CRISPR专家John Doench和Ella Hartenian在国际知名学术期刊《FEBS J》发表题为“Genetic screens and functional genomics with CRISPR/Cas9 technology”的综述文章。

  在这篇综述中,两位专家首先简要总结了CRISPR/Cas9的发现和特征,然后将这一技术与其他的基因组工程技术进行了比较。

  该综述讨论了这一技术在遗传筛选中的首次应用,回顾了以前用于功能性遗传筛选的几种技术,以及这些技术进行遗传筛选所存在的问题。然后作者介绍了将CRISPR技术用于遗传筛选的几项报道,着重关注如何优化精确打靶活性,减少该技术中存在的脱靶效应。

  重要的是,这篇论文对CRISPR技术的未来挑战和机遇进行了评论。作者认为,在过去几年当中,利用CRISPR技术所取得的进步是令人惊讶的,但是未来还存在着许多机遇和挑战。例如,来自化脓性链球菌(S. pyogenes)的Cas9是研究的第一种Cas酶,并将继续被广泛使用。而研究人员也将开始探索来自于其他物种的Cas9蛋白,有几千种Cas9蛋白质是原核生物内生性的,可能更适合于不同的研究目的。化脓性链球菌Cas9很大,因此很难被有效地包装进众多病毒载体。更小的Cas蛋白已有描述,但是不能被完全开发以广泛用于遗传筛选和常规基因组编辑。

  作者还指出,CRISPR系统的RNA成分也值得进一步完善。通过产生更大的数据集和更强的建模技术,研究人员将继续设计优化各种sgRNA序列,以提高精准打靶活性,并避免脱靶效应。

  尽管产生位点特异性dsDNA断裂有所改善(先是用ZFNs,然后是TALENs,现在是用Cas9),但是外源性提供的DNA序列的位点特异性集成,在许多细胞类型中仍然是一个效率高度低下的过程。而且,全基因组关联研究的大多数显著相关性,存在于基因组的非蛋白质编码区,因此内源性位点的基因编辑,是充分了解特定变体如何影响细胞状态的唯一方法。当前的方法,通过分析数百个单细胞分离体来寻找一个成功编辑的克隆,并不能很好的扩展到高通量。

  最后,作者还提出了改进这一技术的几种可能性。例如,通过siRNA为基础的关键组件敲除抑制非同源末端连接(NHEJ)率,可能创建一个临时窗口,在这个窗口中同源重组是受青睐的修复路径。加强被编辑细胞的检测也是一种可能性,当前的标准方法要求细胞被溶解,以通过核酸内切酶或测序为基础的分析来检测编辑事件,从而要求细胞的预先扩增和复制,为了恢复活克隆的事后检测,往往以多孔板的分析形式。以混合模式检测特异序列的能力,例如通过使核酸酶失活的Cas9与扩增的荧光信号结合,将使我们能够使用流式细胞技术富集成功被编辑的细胞。最后,基于模板的修复,也可以通过将邻近的修复模板带到修复部位而得以改进,而不是目前在细胞中随机扩散的方法。这些方法和其他方法,将是实现基因组编辑实验大规模应用所必需的。

  总而言之,CRISPR是第一个基因组编辑技术,可以很容易地通过使用廉价的、易于组装的试剂在任何实验室中进行操作,从而使得基因组编辑过程更加大众化。虽然我们处于CRISPR技术的鼎盛时期,但是,对于充分了解这一系统并扩大其潜在应用来说,我们还处于早期阶段。

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