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今天,你被CRISPR刷屏了么

2016.7.07

  说到生物圈这两年最火的名词,CRISPR当仁不让。不论你爱不爱车、懂不懂车,你一定知道劳斯莱斯。不论你做不做基因组编辑、混不混生物圈,你不会没听过CRISPR。这么一串生僻的字母凭借自己的刷屏能力,硬生生扎根在我们的脑海中。

  CRISPR到底是什么?

  CRISPR是规律成簇的间隔短回文重复(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)的缩写。CRISPR与内切酶Cas9是一对好基友,细菌依靠它们组成的防御系统对抗外来侵略者。CRISPR-Cas9能够在引导 RNA的指引下,靶标并切割入侵者的遗传物质。2012年研究者们利用这一特点,将CRISPR系统发展成了强大的基因组编辑工具。该系统使用简单而且扩 展性强,很快便成为了生物学领域最耀眼的明星。

  短短三年多时间,CRISPR-Cas9系统的应用已经延伸到了基因敲除、删除、染色体重组、RNA编辑、全基因组筛选等众多领域。这个技术如风暴一般席卷而来,为基因工程和生物医学领域带来了一场革命,现在正有数以千计的实验室在使用它。

  CRISPR究竟有多火?

  CRISPR现在是科研领域当之无愧的吸金王,受到盖兹、谷歌、杜邦等公司的力捧。去年八月,盖兹梅林达基金会和谷 歌向CRISPR先驱张锋的Editas Medicine公司投入了1.2亿。杜邦公司则与驯鹿生物科学公司联手,烧钱开展农作物的基因编辑项目。据统计,Editas Medicine、Intellia Therapeutics和CRISPR Therapeutics这三家基因组编辑公司已经拿到了数亿美元的投资。

  CRISPR恐怕是首个在娱乐圈激起波澜的生物学技术。去年十一月,乐坛的大咖王力宏在微博上力挺张锋的CRISPR技术。这条微博发布出去的数小时内,就已经被转载、评论数千条。千万少女的偶像王力宏就此成为了CRISPR科普第一人。

  人红是非多:胚胎编辑与专利争夺战

  去年4月,中山大学的黄军就课题组对外宣布首次改造了人类胚胎的DNA。这一爆炸性新闻一经发布便受到了国内外科学 界的广泛关注,并引发了支持者和反对者激烈的辩论。12月,美国科学院、英国皇家学会和中国科学院在美国华盛顿联合主持了一项国际峰会,就人类基因编辑达 成共识:基因编辑技术不应用于准备建立妊娠的人类胚胎。今年2月,英国人类受精和胚胎学管理局(HFEA)终于批准了Francis Crick研究所的人类胚胎基因组编辑研究。这意味着人类胚胎基因组编辑首次得到了国家监管机构的支持,无疑为相关领域注入了一针强心剂。

  自CRIPSR系统被开发成研究工具以来,这一技术就陷入了激烈的知识产权之争。目前美国至少有两个研究团队就此技 术提出了专利申请:以Doudna为首的加利福尼亚大学团队,和以张锋为首的MIT和Broad研究所团队。从提出专利申请的时间来看,实际上 Doudna团队在先,张锋团队在后。但张锋团队却率先获得专利,可想而知Doudna是相当不服气的。

  2015年4月,Doudna团队要求进行一次听证会。他们认为根据先来后到的原则,张锋团队的申请应该被认为是一 次干扰。上个月,USPTO正式同意推进干扰听证会,以解决这场万众瞩目的专利大战。然而出人意料的是,听证会还未召开Doudna就拿到了一项新专利。 这项专利覆盖了特定的CRISPR编辑方法。“这意味着正在进行的干扰评估将无法终结CRISPR专利之争,”纽约法学院的法律副教授Jacob Sherkow指出。因为就算Doudna输掉了这次听证会,他们仍能限制张锋及其Editas公司使用一些基因编辑技术。

  CRISPR解决的难题

  CRIPSR能帮人们解决许许多多的科研和医学难题。正因如此,CRIPSR研究成果一直在持续井喷。肥胖症是二十 一世纪人类健康面临的最大挑战之一,会引发心血管疾病、二型糖尿病、癌症等致命疾病。FTO基因突变被认为是最强的肥胖风险因子,这一区域一直是科学家们 研究的重点。顶级医学期刊《新英格兰医学》发表的一项研究表明,FTO区域的肥胖风险取决于一个关键的核苷酸。研究人员用CRISPR-Cas9系统对这 个核苷酸进行编辑,成功改变了脂肪前体细胞的肥胖风险,在人类细胞和小鼠中逆转了肥胖。

  许多疾病可以通过器官移植来解决,然而可供移植的人类器官并不多。许多研究者希望用猪的器官来解决这个问题。不过,他们必须先解决猪内源性逆转录病毒(PERVs)。猪细胞会在压力下泵出PERVs,感染接受移植的人。

  中国浙江大学动物科学学院、美国哈佛大学和麻省总医院的研究人员发现,CRISPR-Cas9系统能够更快速、更高 效、更准确地分析、替换和改善猪的问题基因。这项发表在Science期刊上的研究,有望为异种器官移植扫清道路。今年三月的New England Journal of Medicine将这一成果称为“基因工程的壮举”。

  CRISPR简便到“可怕”

  几乎所有实验室都可以很方便的进行CRISPR基因组编辑,你只需要在自己感兴趣的细胞或生物中表达Cas9内切酶和引导RNA(gRNA)。内切酶Cas9会在gRNA的指导下引入位点特异性的双链断裂,然后细胞通过同源重组进行修复,最终改写基因组的特定位点。

  CRISPR-Cas9技术非常经济,操作起来也很容易。对于科班出身的生物狗来说,CRISPR-Cas9实验根 本没什么难度。生物学爱好者都可以在自己家或公众实验室开展这类研究。就因为这一点,美国情报机构年度全球威胁评估报告将“基因编辑”列入了“大规模杀伤 性与扩散性武器”威胁清单。

  有捷径就别走弯路

  gRNA可以说是CRISPR系统的灵魂,gRNA设计得不好这个系统就无法起到应有的作用。为此,研究者们已经开 发了三十多种软件工具。不过对于新手而言,找到一款适合自己的软件并不容易,需要反复尝试。现在,Thermo Fisher为大家提供了一条捷径。该公司在云计算平台Thermo Fisher Cloud上提供了经过优化和验证的CRISPR套装:Invitrogen™ GeneArt™ CRISPR搜索和设计工具。

  Thermo Fisher专家已经预先设计了>600,000种CRISPR gRNA序列,这些序列已经过优化,可用于基因敲除,靶向各基因的前三个转录外显子。登录Thermo Fisher Cloud,你就可以通过CRISPR搜索工具,在这个庞大的数据库中寻找适合自己的预设计gRNA。搜索结果包括6条带有PAM位点的CRISPR靶序 列、带有gRNA结合位点的外显子图谱和各CRISPR序列的潜在脱靶位点。在Thermo Fisher云平台上,你也可以自己设计CRISPR gRNA。CRISPR设计工具会用专利算法分析你的目的序列,进行从头gRNA设计。等你选好gRNA设计之后,可以直接加入购物车,轻松购买相关产 品。

  很少有一种革命性技术像CRISPR这样平易近人。可以说,只要你有靠谱的idea,在CRISPR技术加持下想不出成果都难。不过,CRISPR领域也因此成为了你追我赶的激烈赛场。免费注册Thermo Fisher Cloud,相信可以让你少走一些弯路。

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