UCSD 研究人員首次使用CRISPR/CAS9控制小鼠的遺傳(圖)

加州大學圣地亞哥分校(UCSD)的研究人員首次使用CRISPR/CAS9控制小鼠的遺傳。該研發技術為嚙齒類動物的人類疾病研究提供了強有力的新基因工具。

加州大學圣地亞哥分校的生物學家開發了世界上第一種基于CRISPR/CAS9的方法來控制哺乳動物的遺傳。

主要開發人員:加州大學圣地亞哥分校研究生Hannah Grunwald和助理教授Kimberly Cooper。

世界各地的科學家一直在利用CRISPR/CAS9編輯各種動植物物種的遺傳信息。編輯基因組的一種方法可以控制將一個基因的兩個拷貝中的哪一個傳遞給下一代。盡管近幾年來在昆蟲身上已經發展出這種“主動遺傳學”方法,但在哺乳動物身上創造這種工具更具挑戰性,而且由于世代之間的時間更長,因此測試它們需要更長的時間。

加州大學圣地亞哥分校該研發小組于1月23日在《自然》雜志上發表了他們的研究成果,他們在老鼠身上開發了一種新的主動基因技術。加州大學圣地亞哥分校研究生Hannah Grunwald、助理研究員Valentino Gantz以及Kimberly Cooper助理教授領導的同事們的成就為基于這一技術的進一步發展奠定了基礎,包括對人類疾病的生物醫學研究。

Cooper說:“我們的動機是將其開發成實驗室研究人員控制小鼠多基因遺傳的工具。”“隨著進一步的發展,我們認為將有可能使復雜的人類遺傳疾病的動物模型,如關節炎和癌癥,這是目前不可能的。”

為了證明在小鼠身上的可行性,研究人員將一種活躍的基因“模仿”DNA元素設計成控制毛發顏色的酪氨酸酶基因。當copycat元素破壞老鼠基因的兩個拷貝時,原本應該是黑色的毛發就變成了白色,這顯然是他們方法成功的證明。模仿元素的設計也使得它不能獨自在種群中傳播,而昆蟲的crispr/cas9“基因驅動”系統則建立在一個相似的潛在分子機制之上。

在為期兩年的項目期間,研究人員使用各種策略來確定復制的元素可以從一個染色體復制到另一個染色體,以修復crispr/cas9所針對的DNA斷裂。結果,最初只出現在兩條染色體中的一條上的元素被復制到另一條染色體上。在其中一個家庭中,多達86%的后代繼承了來自女性父母的模仿元素,而不是通常的50%。

題圖為小鼠模仿圖。

這種新方法在雌鼠產卵期間有效,但在雄鼠精子生產期間無效。這可能是由于男性和女性減數分裂的時間不同,這是一個正常配對染色體以洗牌基因組的過程,可能有助于這種工程復制事件。

據加州大學圣地亞哥分校教授伊桑·比爾(Ethan Bier)的研究合著者稱,研究結果“為合成生物學的各種應用開辟了道路,包括研究不同生物過程的復雜遺傳系統的模塊化組裝。”

庫珀和她實驗室的成員們現在開始基于一個單一基因的哺乳動物主動遺傳成功,并試圖將該工具擴展到多個基因和特性。

“我們已經證明,我們可以將一個基因型從雜合子轉換為純合子。現在我們想看看我們是否能有效地控制動物三個基因的遺傳。庫珀說:“如果這種方法能同時應用于多種基因,它將徹底改變小鼠的遺傳學。”

雖然這項新技術是為實驗室研究開發的,但有些人已經預見到未來的基因驅動將在野外建立在這種方法的基礎上,以努力恢復包括嚙齒動物在內的入侵物種所破壞的生態系統中自然生物多樣性的平衡。

Bier說:“通過進一步的改進,應該有可能開發基因驅動技術,以改變或可能減少作為疾病載體或對本土物種造成損害的哺乳動物種群。”

這些數據還表明,在野外實際使用所需的技術改進,使人們有時間仔細考慮這種新技術的哪些應用可以和應該得到實施。然而,研究人員注意到,他們的研究結果顯示出了巨大的進步,可能已經減少了推進人類疾病生物醫學研究和了解其他類型復雜遺傳特征所需的時間、成本和動物數量。

Cooper說:“我們也有興趣了解進化的機制。對于某些已經進化超過10英里的特性。“

(美國華文網 圣地亞哥華文網 華文風采編發 USChinesePress.com SanDiegoChinesePress.com)