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健康讲堂

CRISPR:“众筹一款在家就可以DIY基因的魔法试剂盒”
发布时间:2017-10-23 17:57   点击率:
前段时间上映的电影蜘蛛侠,大伙是不是都去看了?男主在参观基因改造实验室时……意外地被一只实验蜘蛛咬伤……Duang~ 变成了蜘蛛人!

于是,小锐就暗搓搓地在想……如果我们众筹一款在家就可以DIY自己基因的试剂盒,是不是我们也可以变身为超级英雄呢?也许未来的一天,真的会有这样的试剂盒诞生。这一切极有可能会归功于CRISPR技术~
 

CRISPR是Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats(规律成簇的间隔短回文重复)的缩写……

相信现在你知道为什么我们要用简称了……氮素,这到底是个啥?它为啥能DIY我们的基因?它未来会给我们生活带来怎样翻天覆地的变化?下面小锐为你一一解答。

CRISPR/Cas系统
 
这一切的背后,开始于针对大多数细菌及古细菌中的一种免疫方式-CRISPR/Cas系统(CRISPR/CRISPR-associated proteins)的研究。

对于小小的细菌,病毒就是他们的感染源。CRISPR/Cas系统是细菌的一种获得性免疫方式。大体运作模式如下[1](图1):


图1:CRISPR/Cas系统的大体机制图
 
CRISPR技术
介绍完CRISPR/Cas系统,相信各位对CRISPR已经有了大概的了解。基于这种精确的靶向功能,CRISPR技术成为了第三代“基因组定点编辑技术”。

2012年8月,Emmanuelle Charpentier 、Jennifer Doudna在《Science》杂志上发表论文,首次将细菌的这种免疫机制变成了可编程核酸的切割工具,用CRISPR/Cas9精确切割了质粒和双链DNA。2013年的《Science》杂志,两篇关于CRISPR技术应用的文章指出,在人类细胞中,实现了由CRISPR/Cas介导的基因组定向编辑[2-3]。

CRISPR技术因为其方便快捷,迅速风靡全世界实验室。为镰状细胞性贫血、糖尿病、帕金森和渐冻症等疾病的治疗提供了新的手段和方法。

今年,杨璐菡以及她的团队利用CRISPR技术清除猪基因组中可能有害的病毒基因[4],创造出真正可以用于人体器官移植的猪,扫除了10多年前发现猪内源性逆转录病毒后在人体器官移植领域的最大的安全障碍。

与此同时,CRISPR技术也开始在应对耐药菌感染、打造人体菌群等方面展露锋芒。
 
CRISPR技术与微生物的相关研究

宏基因技术

使用宏基因组测序技术可以深入挖掘不可培养菌中的新‘CRISPR-Cas系统’[5],同时可以鉴定新系统的必需的功能组件,从而扩大目前已有的基因组多样性数据,促进微生物带动生物技术的发展。
 
应对“超级细菌”

耐药性极强的超级细菌给全人类都带来了威胁,被世界卫生组织称为“人类最大的威胁之一”。若不采取行动,预计到2050年时,将会有10亿人死于超级细菌感染,相当于每三秒就会有一人死于此。

一方面,CRISPR技术设计靶向耐药性基因的核酸酶,可破坏“超级细菌”中带有耐药性基因的质粒[6],导致“超级细菌”退化为普通细菌,最终得到相应抗生素的制裁。未来也许可以哪里耐药剪哪里,再也不用担心“超级细菌”~


另一方面,通过CRISPR技术改造后的噬菌体可操纵“超级细菌”的CRISPR,将原本可杀死噬菌体的Cas3或Cas9酶反过来破坏细菌自身基因序列并杀死细菌[7],以其人之道还治其人之身。

应用于靶向清除特定病原菌

通过CRISPR等技术可以靶向病原菌的特异性必需基因,进而清除体内特定的病原菌[8]。基于此种构想,法国的Eligo Bioscience公司开发的Eligobiotics是可以编程人体菌群平台技术,可以实现菌群的靶向诊断,编辑和功能化。

总结

我们需要了解到,CRISPR技术也存在着很多不足,如脱靶率高、生物安全问题等。但无可厚非的是,CRISPR技术为生命科学翻开了新的篇章,在未来它也许会彻底改变我们的生活,比如开发出一款在家就可以DIY基因的魔法试剂盒(天外音:死性不改的小锐啊……),用来编辑我们的基因和菌群小伙伴们。

BTW,现在市面上真的有可以DIY的CRISPR产品!
购物直通车:http://www.the-odin.com/diy-crispr-kit/
只要大约1000RMB,就可以自己在家做出一株专属于你的耐药大肠杆菌哦!
 


参考文献:
[1]Horvath P, Barrangou R. CRISPR/Cas, the immune system of bacteria and archaea.[J]. Science, 2010, 327(5962):167.
[2]Cong L, Ran F A, Cox D, et al. Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems[J]. Science, 2013, 339(6121):819-23.
[3]Mali P, Yang L, Esvelt K M, et al. RNA-guided human genome engineering via Cas9.[J]. Science, 2013, 339(6121):823.
[4]Niu D, Wei H J, Lin L, et al. Inactivation of porcine endogenous retrovirus in pigs using CRISPR-Cas9. [J]. Science, 2017.
[5]New CRISPR-Cas systems from uncultivated microbes[J]. Nature, 2017, 542(7640):237-241.
[6]Bikard D, Euler C W, Jiang W, et al. Exploiting CRISPR-Cas nucleases to produce sequence-specific antimicrobials.[J]. Nature Biotechnology, 2014, 32(11):1146.
[7]Reardon, Sara. Modified viruses deliver death to antibiotic-resistant bacteria[J]. Nature, 2017, 546(7660):586.
[8]Stone V N, Xu P. Targeted Antimicrobial Therapy in the Microbiome Era[J]. Molecular Oral Microbiology, 2017.