人体干细胞和基因编辑技术的联姻（附原文）

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文章来源：科学之家     更新时间：2015/7/28
$ l5 f" u. U) \5 ^+ h5 I+ b　　来自于威斯康辛大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)的神经学教授Su-Chun Zhang通过明显改善的编辑基因技术(应用于人类胚胎干细胞中)，展示了在干细胞中形成静默基因(silence genes)的新方法，以及干细胞在任意发展阶段所形成的成熟细胞。
5 R  F9 M2 m8 {$ {( V　　Zhang指出：改进的技术在速度和效率上占优势，人们已经将其用于基础生物研究。基因敲除(knock-outs)技术在2007年获得了诺贝尔奖，主要因为该技术能用于确定基因的用途。; \6 @, P$ l9 r6 y9 R* u9 @+ V
　　最新研究结果突破了基因敲除技术的局限性，过快地关闭基因会杀死一个细胞或阻碍发育过程。基因敲除技术在人类的胚胎细胞以及诱导多功能干细胞中的效果欠佳，胚胎细胞以及诱导多功能干细胞是全能型细胞(do-it-all cells)，能够在体内发育成任意细胞。
6 V7 S6 m$ @; n3 x　　经过10年的努力，Zhang揭示了在保证功能正常的条件下，如何关闭胚胎干细胞的相应基因。5 x6 I8 ^2 R3 p' I* A" a! a0 p
　　Zhang表示：时间安排是本研究创新的关键，在这之前我们都无法做到这一点。我们能通过在之后的发育中使得某一基因保持静默，从而判断基因在成年人体内发挥怎样的作用。这也意味着我们可以在任意时间、任意细胞中去除相应基因。
% `. J) c7 x. _* J" B. Y　　他指出，如果过快地去除一个基因，干细胞就无法存活。你也许希望在细胞分化成心脏、大脑或者肝细胞之后再删除相应基因。你也许能够操作地更加准确：也就是你想要在神经前体细胞成熟之后再进行基因敲除。这样的精确程度也是我认为该技术拥有巨大应用前景的原因。
9 b/ R7 n% Q" d) y$ H　　人们将基于简单和效率之间的技术称为CRISPR，Zhang将该技术应用于建立相应的基因敲除。在CRISPR技术的帮助下，科研人员在他们想剔除的基因片段植入支架，之后通过酶来激活支架，并剔除相应的片段(包括基因链以及链的前段)。! J" n* x( T$ p' \8 b
　　之前的技术叫做同源重组(homologous recombination)，只能移除组成基因双链DNA的一侧，而双链DNA的另一侧能够继续发挥功能。要产生一只基因敲除的小鼠，科研人员需要将一侧DNA链被去除的小鼠进行杂交，然后在繁殖出的小鼠中寻找基因两侧都已被剔除的小鼠。
( u& [! U+ X  d( g$ O& w% t# a　　这将需要大量工作，而由于细胞不能繁殖，该技术无法应用于干细胞中。而相应的可替代方法效率低且操作过程繁琐。Zhang说：这就显得有些不值了。8 B) T, Q' @" d3 r( _2 r. V/ b$ }/ ]+ ?
　　传统的同源重组的方法用于很小一部分人类细胞，而CRISPR对于50%的干细胞都有效。如果增加第二步在静默基因时用于控制的步骤，也可以用于25%的干细胞，依然比之前的同源重组技术要优异。& ~  J& Z" s% x5 _4 i
　　Zhang开发的基因删除系统主要是依靠第五序列(a fifth column)这是一种有害序列，直到其发起攻击时才会出现(平时都是隐藏起来的)。第五序列其实是一类植入的基因编码，平时都会处于闲置状态，一直到有药物进入细胞才会被激活。之后这些遗传编码就会指导合成酶，用于剪切等位基因以及重新连接DNA链。9 P' D" |% N3 u. T8 ]* }
　　为了表明该技术的运作机制，Zhang以及博士后研究员Yuejun Chen将支架植入了一个基因中，该基因已知能够从前脑中发育生成中脑，中脑拥有更高级别的心理学功能。通过使用延迟的基因敲除技术，他们发现该基因对于形成前脑也非常重要。Zhang指出：如果将基因剔除，你就无法拥有大脑皮层细胞，大脑皮层细胞对于人类的发育来说非常重要。这的确是一种用于显示基因功能的最佳方法。
9 g2 L7 s; Y7 P( n　　目前来说，Zhang还在思考使用基因敲除技术来敲除主要用于防止和治疗疾病的过分表达基因(over-active genes)，但是该技术的临床应用却渐行渐远。例如，有些调控细胞分裂的基因，在癌症中经常发生过分表达，基因修饰技术可以使这些过分表达的基因保持静默，从而能够预防癌症。临床医生所担心的是，如果将移植过的干细胞用于治疗糖尿病(diabetes)或帕金森综合征，这会增加细胞无限制分裂，也就是增加患癌症的风险。而去除能够促进细胞分裂的基因可以预防风险。' p% ]# E) e7 X; I
　　目前，在应用于临床之前，该技术主要用于探索基因功能。Zhang说道：我们设计一种细胞后，它就可以分裂出大量细胞，这些子细胞都具有相同的设计功能，它们能根据需要剔除相应基因。这样，你可以在干细胞水平、神经干细胞水平或其他任意分化的神经细胞水平非常快速、精确地确定基因的功能。
  Q1 f  B7 f; M% ]2 K; `5 T7 o　　为有效利用这一发现，威斯康辛大学已经在其生物技术中心开放了基因编辑设备。Zhang表示：我们希望整个校园能充分利用这一技术，因为无论是人类生物学还是模型生物，它们对生物领域的研究都很重要，例如果蝇以及斑马鱼研究等。
4 t/ s9 H/ G5 \7 R. g9 J* x# _　　其他科研人员已经申请了新技术中关键步骤的专利，但是Zhang并不打算在他的工作基础上申请专利。一个威斯康辛的非盈利性组织为科研人员提供了相应干细胞，科研人员指出：我们将把干细胞分配在WiCell研究中心(WiCell Research Institute)，目的是建立常规细胞系，这样所有人都能使用它，避免了不必要的重复工作。) w$ t& e: ?5 X0 |: c
　　Zhang说道：我真心希望人们能充分利用这些细胞。胚胎干细胞和基因编辑技术的联姻能促进科研方法的变革，它为我们开辟了一个崭新的领域。" F) X8 }# S: T

1 q# \- Q/ }: v) {$ C: g3楼原文 感谢genedu 提供

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嗯，确实是未来的方向

genedu

原文

jsyuyou

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杨布衣

是一个方向

杨布衣

是一个方向