Cell:CRISPR技術加快轉基因小鼠模型構建

　　Whitehead研究所的研究人員利用基因調控系統CRISPR/Cas，僅需一步操作就可將報告基因和條件性等位基因轉入小鼠基因組中。目前生成包含如此復雜工程等位基因的動物只需數周而非數年的時間，科學家可快速利用這些動物來構建疾病模型及研究基因功能。這一突破性的研究發表在《細胞》(Cell)雜志上。

　　認識CRISPR技術

　　2007年，來自丹尼斯克公司的科學家找到了一種能增強細菌防御噬菌體能力的方法。這一發現使得杜邦公司能夠為食品生產培育更強壯的菌株。一些基本的原理也被揭示：細菌具備一種有高度適應性的免疫系統，使得它們能擊退來自某種噬菌體的多次進攻。

　　突然之間，不僅是食品科學家和微生物學家，很多領域都意識到細菌免疫系統的重要性，因為它具備一個非常有價值的特性：以某個特定的基因序列為目標。今年1 月，4個研究團隊報告了這一被稱為CRISPR的系統。在接下來的8個月中，許多科研團隊利用它來刪除、添加、激活或抑制人體、老鼠、斑馬魚、細菌、果蠅、酵母、線蟲和農作物細胞中的目標基因，從而證明了這個技術的廣泛適用性。

　　美國哈佛大學的George Church說，生物學家最近開發了一些新方法來精確操縱基因，“但CRISPR的功效和易用性在各方面都更勝一籌”。Church的實驗室是首批將該技術應用于人體細胞的實驗室之一。

　　基于CRISPR，科學家構建人類疾病小鼠模型的速度要比之前快得多，研究單個基因則更為快速，能立刻容易地改變細胞中的多個基因，以便研究它們的相互作用。但是今年研究CRISPR的熱潮可能會減退，因為這種方法的局限性開始顯現。但Church和其他CRISPR的先驅者已經成立了公司，希望利用這項技術治療遺傳性疾病。美國波茲曼市蒙大拿州立大學生物化學家Blake Wiedenheft說：“我不認為有任何領域的任何例子能夠說明這項技術發展得過快。”

　　利用CRISPR/Cas生成條件性小鼠

　　Whitehead 研究所創始人Rudolf Jaenisch說：“我們以往曾利用CRISPR/Cas來突變基因，但卻無法預測這些靶向突變的特性。現在我們可通過兩次切割定義特異性的缺失。我們可以一步生成條件性的小鼠，輕易及非常有效地插入達3000個堿基對的DNA片段。而過去要構建這樣的小鼠則需要開展更多的工作。”

　　科學家們近期通過利用CRISPR/Cas機制，快速有效地改變了小鼠和人類細胞的基因組。然而直到現在，研究人員才利用CRISPR/Cas來構建遺傳研究最有用的一種工具：條件性突變小鼠。

　　一個條件性突變小鼠基因組中，包含有一個或一組可利用一種特定信號來開啟或關閉的基因。通過開啟或關閉這些基因，科學家們可以梳理某些基因在生物學功能和疾病中的作用。

　　此前，科學家們構建這樣的模式生物需要利用胚胎干細胞(ESCs)，且要經歷一個復雜且耗時的過程。不幸的是，科學家們只能有效操控小鼠和大鼠的這些ESCs，這一限制阻礙了這類研究。

　　CRISPR/Cas加快基因修飾動物的構建速度

　　利用CRISPR/Cas，Jaenisch和他的實驗室構建出了帶有條件性等位基因的小鼠，以及攜帶著多個標記基因能夠報告這些基因是否正在表達的小鼠。

　　研究人員的實驗還減輕了人們對于CRISPR/Cas脫靶活性的憂慮。

　　論文的共同作者、Jaenisch實驗室研究生Chikdu Shivalila說：“近期在人類癌細胞系中的一些研究提出了關于CRISPR/Cas特異性的擔憂，我們的研究表明非特異性的DNA切割有可能會發生，但它們是少見和可以預測的。”

　　Jaenisch實驗室的最新研究工作為未來的研究開辟了一些新途徑。

　　論文的共同作者、Jaenisch實驗室博士后研究人員Hui Yang說：“在這項研究中我們描述的這些方法將大大加快構建基因修飾動物的速度。我想利用這種方法借助于CRISPR/Cas來構建出復雜疾病的模型。”

　　由于CRISPR/Cas不依賴于ESCs，可以利用它來對包括家畜在內的任何動物進行遺傳改造。

　　論文的共同作者、Jaenisch實驗室博士后研究人員Haoyi Wang說：“我們還沒嘗試過，但我想通過改造這一CRISPR/Cas系統，從而在大型動物中實現基因組工程操控，例如利用靈長類動物構建疾病模型，利用牛來滿足農業用途。”