Nature子刊：一步法對細胞基因組進行多次編輯

來源：作者：人氣：-發表時間：2024-07-11 13:27:00【大中小】

摘要：科學家開發了一種新方法，使他們能夠同時在細胞內的多個位置進行精確的編輯。

基因組編輯已經成為一種被廣泛采用的技術，用于修改細胞中的DNA，使科學家能夠在實驗室中研究疾病，并開發出修復致病突變的療法。但是，使用當前的方法，一次只能在一個位置編輯單元格。

現在，格拉德斯通研究所的一組科學家已經開發出一種新方法，使他們能夠在細胞內的多個位置同時進行精確的編輯。利用一種叫做逆轉錄酶的分子，他們創造了一種工具，可以有效地修改細菌、酵母和人類細胞中的DNA。

“我們希望通過工程工具來突破基因組技術的界限，幫助我們研究生物學和疾病的真正復雜性，”副研究員Seth Shipman博士說，他是《Nature Chemical Biology》上發表的一項新研究的高級作者。

圖1 使用逆轉錄酶陣列同時對單個基因組進行多位點編輯

征服的局限性

Seth Shipman是逆轉錄酶領域的領軍人物，逆轉錄酶是細菌免疫系統中的分子成分，可以產生大量的DNA。2022年，通過將逆轉錄酶與CRISPR-Cas9基因組編輯相結合，他的實驗室開創了一種快速有效地編輯人類細胞的系統。

在這項新研究中，研究人員希望利用他們的系統來克服當前基因組編輯方法的局限性。

“如果你想在基因組的多個位置編輯一個細胞，而這些位置彼此不靠近，在此之前的標準方法是一個接一個地進行修改，”該研究的第一作者之一、Shipman實驗室的博士后學者亞歷杭德羅González-Delgado博士解釋說。“這是一個費力的循環:你首先要編輯，然后用編輯過的細胞引入另一個編輯，如此循環。”

相反，研究小組發現了一種編碼逆轉錄的方法，這樣它就可以產生不同的DNA部分。當傳遞到細胞中時，這些被稱為“多定子（multitrons）”的基因工程逆轉錄酶可以同時進行多次編輯。

multitrons的另一個好處是它們能夠刪除基因組的大部分。

González-Delgado說:“有了multitrons，我們可以進行連續的刪除，切除和折疊我們所瞄準的基因組區域的中間部分，使遙遠的兩端靠近，直到整個區域被完全刪除。”

圖2 逆轉錄酶多位點架構實現了精確的基因組編輯

許多潛在的應用

作為他們研究的一部分，Shipman和他的團隊展示了他們的新方法在分子記錄和代謝工程中的直接應用。

他們之前已經證明，逆轉錄因子可以用來記錄細胞中的分子事件，提供細胞活動及其環境變化的詳細日志。有了multitrons，研究人員擴展了這種方法，現在可以以更高的靈敏度進行記錄。

“multitrons允許我們同時記錄非常弱和非常強的信號，擴大了我們記錄的動態范圍，”González-Delgado說。“最終，我們可以想象在腸道微生物組中實現這種工具，以記錄炎癥等信號。”

至于代謝工程，科學家們表明，multitrons可以用來同時編輯代謝途徑中的多個基因，以迅速增加細胞內目標物質的產量。他們在一種名為番茄紅素的強抗氧化劑上測試了他們的方法，并成功地將這種化合物的產量提高了三倍。

Shipman說:“為了開始對復雜的遺傳疾病進行建模，并最終找到治療方法或治愈方法，我們需要同時對細胞進行許多不同的突變。我們的新方法是朝著這個方向邁出的一步。”

參考資料

[1] Simultaneous multi-site editing of individual genomes using retron arrays


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此文關鍵字：逆轉錄酶基因組編輯

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