科學家使用一種叫做CRISPR的分子手術(shù)刀快速準確地切割基因組材料

在一系列使用人類癌細胞系的實驗中，約翰霍普金斯大學醫(yī)學院的科學家表示，他們已經(jīng)成功地利用光作為觸發(fā)因子，使用名為CRISPR的分子手術(shù)刀快速、準確地切割基因組物質(zhì)，并觀察了專門的細胞蛋白質(zhì)如何修復這種細胞。基因被切割的確切位置。

根據(jù)研究人員的說法，6月11日發(fā)表在《科學》雜志上的實驗結(jié)果不僅揭示了DNA修復過程的新細節(jié)，還可能加快和幫助人們了解通常導致衰老和許多癌癥的DNA活動。

約翰霍普金斯大學博士后研究員劉洋博士說：“我們的新基因編輯系統(tǒng)可以在激活后的幾秒鐘內(nèi)進行有針對性的DNA切割。使用以前的技術(shù)，基因編輯可能需要更長時間，甚至幾個小時。”醫(yī)學研究小組。

近年來，強大的CRISPR工具使科學家能夠輕松改變或“編輯”DNA序列，改變基因功能，從而加速了基因連鎖條件的研究。

CRISPR改編自細菌中天然存在的基因編輯系統(tǒng)。它使用一種叫做RNA的小序列遺傳物質(zhì)作為指導，并被編碼以匹配和結(jié)合細胞中特定的基因組DNA序列。CRISPR分子中還含有一種叫做Cas9的酶，可以作為手術(shù)刀來去除DNA序列。然后，細胞使用自己的酶和蛋白質(zhì)來修復切片的脫氧核糖核酸，通常添加科學家溜進細胞的脫氧核糖核酸序列。

劉說，無法以快速、準確和“按需”的方式(例如使用CRISPR)破壞DNA，阻礙了DNA修復過程的研究。

在新的實驗中，科學家們通過修飾一種光敏的RNA分子來修飾CRISPR-Cas9復合物，這使得CRISPR復合物只有在暴露于特定波長的光下時才會切割活細胞中的基因組DNA。

約翰霍普金斯大學醫(yī)學博士說：“我們技術(shù)的優(yōu)勢在于，研究人員可以讓CRISPR機器找到目標，而不會過早地切割基因，并保持其功能，直到暴露在陽光下。”候選人羅杰鄒也是研究小組的成員。他補充說：“這使研究人員能夠更好地控制DNA切割的位置和時間?！?

Taekjip Ha博士說，其他研究團隊已經(jīng)用藥物和光激活進行了實驗，以控制CRISPR的時間。約翰霍普金斯大學彭博分校生物物理和生物物理化學、生物物理和生物醫(yī)學工程特聘教授，霍華德休斯醫(yī)學研究所研究員。他的團隊的實驗是不同的。其方法是提高CRISPR切割的精確時機，檢查蛋白質(zhì)中DNA損傷修復的速度。

在目前的研究中，約翰霍普金斯大學醫(yī)學院生物物理學和生物物理化學助理教授哈博士和賓賓博士領(lǐng)導的約翰霍普金斯研究團隊向人類胚胎腎細胞和骨癌細胞輸送電脈沖，這些電脈沖在細胞膜上開了洞，使帶有光激活RNA分子的CRISPR復合物滑入細胞。然后，科學家們等待了12個小時，將CRISPR復合物與基因組DNA上的目標點結(jié)合起來。

當他們用光照射細胞時，他們追蹤CRISPR復合體切割所需的時間。

研究小組發(fā)現(xiàn)，在用光照射細胞的30秒內(nèi)，CRISPR復合物已經(jīng)切割了50%以上的目標。

為了進一步檢查DNA修復的時間，約翰霍普金斯大學的科學家追蹤了參與DNA修復的蛋白質(zhì)被鎖在DNA切口中的時間。他們確定修復蛋白在CRISPR激活后兩分鐘內(nèi)開始工作，最早在15分鐘后修復完成。

“我們已經(jīng)證明，光活化基因切割速度非?？?，在生物醫(yī)學研究中有潛在的廣泛應用?！闭f出來。“揭示CRISPR基因切割的時間使我們能夠更準確地看到生物過程。”哈約翰斯霍普金斯稱這項技術(shù)為“按需快速的CRISPR”。

Ha還指出，與能在細胞中廣泛傳播的藥物相比，光激活能提供更好的位置控制。

約翰霍普金斯團隊還使用高分辨率顯微鏡“觀察”了修復蛋白如何與活細胞中的CRISPR切割位點相互作用。

他們用這些顯微鏡和聚焦光束顯示，他們可以激活CRISPR來切割人類細胞中兩個常見基因拷貝中的一個。他們說，這種能力提供了一個機會，可以利用CRISPR來研究并最終治療僅與一個異?；蚩截愊嚓P(guān)的疾病，如亨廷頓氏病。

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