世界上最恐怖的蚊子遇上神奇的CRISPR基因編輯技術，能否終結瘧疾？
每當夏日將至，人們就開始陷入到被蚊子支配的恐懼之中，小小的蚊子不僅讓很多人飽受皮肉之苦，還會傳播瘧疾、登革熱、絲蟲病等危害性較強的傳染病。因此，別看人類處在食物鏈的頂層，可幾十年過去了，除了殺蟲劑策略，我們仍然沒有什么一勞永逸的辦法對付蚊子。隨著CRISPR 基因編輯革命的爆發，人們開始將目光聚焦于基因驅動，并期許借此系統改造蚊子、終結瘧疾。
近日，《Nature Communications》雜志發表了一篇題為 Optimized CRISPR tools and site-directed transgenesis towards gene drive development in Culex quinquefasciatus mosquitoes的文章，研究人員專為蚊子開發了一種Cas9/guide-RNA 表達“質粒工具包”，以遏制“病媒”蚊子傳播病毒的能力。
https://doi.org/10.1038/s41467-021-23239-0
眾所周知，gRNA和Cas9核酸酶是CRISPR/Cas9系統進行基因編輯的左膀右臂，gRNA可識別目的DNA序列，指導Cas9在特定序列進行剪切，并依賴細胞本身的序列修復或外源基因的同源重組實現基因編輯，而基因編輯的特異性和位點選擇依賴于gRNA中特異性識別序列的不同設計。
由此可見，gRNA作為一類非編碼RNA對基因編輯至關重要，且需要III型RNA聚合酶通過轉錄方式合成。為此，如何快速地構建含有III型RNA聚合酶啟動子“U6啟動子”的gRNA表達組件至關重要。
基于此，為了評估新建的CRISPR/Cas9基因編輯工具的工作效率，研究人員分別在體外和體內環境中對在庫蚊中表達 Cas9 和 gRNA 的“U6啟動子”進行功能驗證。研究發現，U6 啟動子在體內外的活性一致。
CRISPR 試劑在Culex quinquefasciatus卵巢細胞系中的驗證
當然，該“質粒工具包”能否成為對付庫蚊的寶貴工具還需進一步驗證。據了解，Vasa基因被認為是生殖細胞最可信的分子標記之一，在生殖系的起源、發育以及配子形成過程中發揮重要作用。為此，研究人員對vasa -Cas9轉基因活性進行了功能評估。經驗證發現，轉基因中的vasa啟動子能夠驅動 Cas9 在庫蚊生殖系中的有效表達。
vasa -Cas9 轉基因的表型、分子和功能驗證
隨后，研究人員通過修改gRNA 結構序列對Cas9/guide-RNA 表達的“質粒工具包”進行了優化，并成功建立了Cas9 基因的轉基因品系。研究發現，這些優化的gRNA可以顯著提升該工具包的基因驅動效率。與此同時，科研人員思考這個新工具是否適合其他模型呢？
為此，研究人員評估了gRNA“Loop”支架變體對果蠅轉基因效率的影響。研究發現，與“原始”gRNA相比，經“Loop”修飾可顯著提高該工具的切割和轉換效率，并可能為其他物種的未來基因驅動和基因編輯產品提供更好的思路。
gRNA 支架變體提高了黑腹果蠅的基因驅動效率
總之，該突破性研究極大地革新了傳統基因編輯技術。盡管仍然需要完善，一些倫理問題也仍需解決，但科學家們一直在不懈努力，致力于將這項技術發展得更為精準及高效。未來，潛力無限的CRISPR技術將如何發展？讓我們拭目以待。
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