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保护CRISPR基因驱动实验的有效策略

发布时间:2019-06-05 14:10:59 来源:

根据eLife今天发表的一项研究,研究人员首次证明了两种分子策略如何在实验室中保护CRISPR基因驱动实验。

他们的研究结果首次报道了bioRxiv,这表明科学家可以有效地利用合成靶位点和分裂驱动进行基因驱动研究,而不必担心会在整个自然群体中造成意外传播。

基因驱动,例如在疟疾蚊子中试验的基因驱动,是旨在在人群中传播的遗传包。他们通过称为“驱动转化”的过程来实现这一目标,其中Cas9酶和称为指导RNA(gRNA)的分子在基因组中的某个位点切割。然后在DNA断裂修复时复制驱动器。

“基于CRISPR的基因驱动因其可能在遗传上改变整个物种而引发了热情和深切的关注,”纽约康奈尔大学生物统计与计算生物学系博士后研究员杰克逊·尚佩尔解释说。“这引发了一个问题,即我们有能力防止这种驱动器从实验室无意中传播到自然界。

“目前避免意外传播的策略涉及对含有驱动物的生物进行物理限制。然而,鉴于人为错误的可能性,这是否足以减少任何意外逃逸到野外的可能性尚不确定。”

最近提出了两种分子保护策略,其不仅仅是限制研究生物。第一个是合成目标位点驱动,它位于野生生物中不存在的工程基因组位点。第二种是分裂驱动,其中驱动构建体缺乏一种称为内切核酸酶的酶,而是依赖于一种被设计到远端位点的酶。

“这些策略的性质意味着它们应该阻止在各自实验室线之外的有效传播,”Champer补充说。“我们想知道它们是否都具有与标准归巢驱动器相似的性能,以及它们是否适合早期基因驱动研究的替代品。”

为此,该团队设计并测试了果蝇Drosophila melanogaster中的三个合成目标位点驱动器。每个驱动器靶向在基因组中三个不同位点之一处引入的增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因。对于拆分驱动器,他们设计了一个驱动器构造,将X连锁基​​因黄色并缺少Cas9。

他们的分析显示,具有合成靶位点(如EGFP)的CRISPR基因驱动器显示出与标准驱动器类似的行为,因此可用于代替这些驱动器的大多数测试。分离式驱动器表现出类似的性能,并且还允许在难以使用合成目标的情况下针对自然序列。这些包括需要靶向天然基因的群体抑制驱动。

“基于我们的研究结果,我们建议在未来基因驱动的开发和测试中应始终采用这些保护策略,”康奈尔大学生物统计学和计算生物学系助理教授,资深作者Philipp Messer说。“这对于大规模笼养实验非常重要,旨在提高我们对候选驱动器预期种群动态的理解。最终,这种理解对于讨论将成功驱动器释放到野外的可行性和风险至关重要,例如减少疟疾和其他媒介传播的疾病。“

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