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艾滋病治愈新希翼:可修剪DNA导入人体细胞

来源:新浪科学技术    更新时间:2013-01-24    字体大小: 【

    人类细胞中的基因组是RNA(核糖核酸)编程的,而来自细菌的Cas9酶可以作为基因组工程的发动机。
  一种简便、精确而且低价的DNA(脱氧核糖核酸)修剪技艺将革命性地改变遗传医学的面貌。在此刻的遗传疾病治疗中,替换缺陷基因的方法极少,而且都十分昂贵和复杂。新的技艺能够将修剪的DNA导入人体细胞,为遗传疾病甚至是艾滋病的治愈带来了希翼。
  来自加州大学伯克利分校霍华德·休斯医学科研所的珍妮弗·端娜(Jennifer Doudna)和马丁·季聂克(Martin Jinek),以及瑞典分子感染医学实验室的艾曼纽·夏邦杰(Emmanuelle Charpentier)于去年协同颁发了科研成果。在《自然-生物技艺》杂志的2012年回顾中,该文章被称为一篇力作
  这一评价是基于科研团队在2012628颁发于《科学》杂志上的论文作出的。在论文中,科研者描述了一种精确定位并切割细菌DNA的方法。近期颁发在《科学快讯》(Science Express,属《科学》杂志的网上预先出版和报道办事)上的两篇新文章指出,这一技艺也能够应用在人体细胞中。珍妮弗·端娜及其团队有关人体细胞中实验成功的科研报告,也将于近日在开放获取期刊《eLife》上颁发。
  修饰生物体基因组特定局部的能力,对大家进一步深刻理解生物学十分必要,珍妮弗·端娜说,然而,在动物和人体中实行这种修饰的技艺都遇到了瓶颈,无论是实验科研还是临床治疗的发扬。新技艺将突破这种瓶颈,因为它意味着任何人都能经过这种基因组的编辑和重组,将基因变化导入哺乳动物的细胞,甚至很有或许导入其他真核生物的细胞中。珍妮弗·端娜此刻是加州大学伯克利分校的分子和细胞生物学兼化学教授,同时也是哈佛·休斯医学科研所的科研员。
  这无疑将是一个重大突破,哈佛医学院遗传学教授乔治·丘奇(George Church)在颁发于《科学快讯》的文章中写道,将会有许多人开始应用和练习这一技艺,因为它更加容易实施,而且比其他技艺精简百倍。
  从大家收到的反应来看,这项技艺很或许在动物和植物基因组工程科研中带来革命性的改变,在劳伦斯伯克利国家实验室同样拥有职位的珍妮弗·端娜说,它很容易实行编码,而且在未来很或许像聚合酶链式反应(PCR)技艺一样成功。”PCR技艺是生物学科研和遗传医学中的革命性突破,能够轻松地将特定的DNA片段扩增数百万倍,极大鼓动了生命科学的发扬。
  巡航导弹
  不久之前的两项发展,锌指核酸酶(zinc-finger nucleasesZFNs)和转录激活因子样效应物核酸酶(Transcription Activator-Like Effector NucleasesTALEN)都获得了众多眷注,并一起被《科学》杂志评为2012年的十大科学突破之一。《科学》杂志中将这两种酶称为巡航导弹,因为它们使科学家能定位基因组中的特定部位,并能准确修剪DNA片段。
  经过这些技艺,科研者可以精确地切割并去除DNA片段,将替换的DNA片段导入细胞,插入到相符合的位置。由此,医生可以将存在缺陷或者变异的基因替换为正常的基因拷贝。一家名为Sangamo Biosciences的临床生物制药企业已经开始尝试。在该企业的科研中,感染艾滋病毒的患者在接受了特定基因的替换之后,显示出了抗艾滋病的效果。
  锌指核酸酶和TALEN技艺都需要合成一种新的基因,用于编码与所修改DNA新位点对应的蛋白质。相比之下,新技艺中所用的蛋白质只需要一个小的RNA分子就能编码。在《科学快讯》杂志的文章中,乔治·丘奇将新技艺所用的Cas9酶与TALEN做了比较,在向哺乳动物细胞插入基因的过程中,前者比后者的效率要高5倍。
  Cas9-RNA的复合物比TALEN更容易合成,而且更为小巧,这使它很容易被导入细胞中,甚至可以同时实行数百个基因的剪切。与其他技艺相比,该复合物的毒性也更低。现在谈论这种技艺(TALENs和锌指核酸酶)的胜利还为时过早,乔治·丘奇说,但它看起来很有前景。
  基于细菌的免疫系统
  珍妮弗·端娜是在科研细菌免疫系统的过程中发现Cas9酶的。在这种酶的帮助下,细菌能够利用剪切DNA片段的方法对抗病毒。病毒的DNA片段被细菌剪切,并接入自身的DNA中,之后细菌合成相符合的RNA片段,用于结合病毒并抑制其活性。
  数年前,加州大学伯克利分校的地球和行星科学教授吉尔·班菲尔德(Jill Banfield)将这种病毒防御机制先容给了珍妮弗·端娜。受其启发,端娜开始专注科研细胞利用RNA的机制。通常情况下,细胞以DNA为模板合成RNA,之后再由RNA合成蛋白质。
  珍妮弗·端娜及其团队发现了酶-RNA复合物切割DNA的细节:Cas9酶与两个短链RNA结合形成复合物,之后经过RNA序列与DNA中的特定区域结合。科学家后来简化了该系统,只用一个RNA片段就能定位并剪切细菌DNA的特定区域。与数十年来其他基因工程中所用的技艺相比,新技艺的美妙之处在于它只需要一种酶,端娜说,这种酶不需要在你想定位的每个位点上都实行改变,你只需要用不同的转录RNA对它重新编码,而这一点很容易设计并实现。
  近期的科研显示,这种细菌防御系统在人体细胞中也同样能成功运作。从模糊的细菌免疫系统到一项极具潜力的技艺,这将改变大家科研和操纵哺乳动物细胞,以及其他类型动植物细胞的方式,珍妮弗·端娜说,这代表了基础科学在影响人类健康的重大发现中所扮演的重要角色。

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