保护CRISPR基因驱动实验的有效策略

根据今天发表在eLife上的一项研究，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基因驱动的实验。

他们的研究成果是bioRxiv的第一份报告，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的研究，而不用担心在整个自然种群中的意外传播。

基因驱动程序，如在疟蚊身上测试的那些，是设计用于在人群中传播的基因包。他们通过一种称为“驱动转化”的过程实现了这一目标，在这种过程中，Cas9酶和一种称为定向RNA(gRNA)的分子在基因组的某个位点被切割。然后在DNA被破坏修复的时候复制驱动器。

“基于CRISPR的基因驱动引起了人们的热情和深切关注，因为它可能会从基因上改变整个物种，”纽约康奈尔大学生物统计和计算生物学系的博士后研究员杰克逊尚佩尔解释道。“这就提出了一个问题，我们有能力阻止这种驱力无意中从实验室传播到自然界。

“目前避免意外传播的策略包括对含有驱动因子的生物体进行物理限制。然而，鉴于人为失误的可能性，不确定这是否足以减少任何意外逃入野外的可能性。”

最近，提出了两种分子保护策略，它们不仅仅局限于对生物体的研究。第一种是合成靶位点驱动，位于野生动物中不存在的工程基因组位点。第二种是分裂驱动，其中驱动结构缺少一种称为核酸内切酶的酶，而是依赖于一种被设计为远程的酶。

“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类似的性能，以及它们是否适合作为早期基因驱动研究的替代品。”

为此，该团队在果蝇中设计并测试了三种合成靶位点驱动因子。每个驱动程序都以基因组中三个不同位点之一引入的增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因为目标。对于分体驱动，他们设计了一个驱动结构，把X和黄底联系起来，缺少Cas9。

他们的分析表明，具有合成靶位点(如EGFP)的CRISPR基因驱动程序显示出与标准驱动程序相似的行为，因此可以用来取代这些驱动程序的大多数测试。分割驱动显示出相似的性能，并且当难以使用合成靶标时，也允许靶向自然序列。其中包括需要针对自然基因的群体抑制驱动因素。

“根据我们的发现，我们建议在未来的基因驱动开发和测试中应该始终使用这些保护策略，”康乃尔大学生物统计和计算生物学系的助理教授兼高级作者菲利普刀子乐队说。“这对于大规模的圈养实验非常重要，可以提高我们对候选驱动的预期种群动态的理解。最终，这种理解对于讨论将成功的司机放归野外的可行性和风险至关重要，例如减少疟疾和其他病媒传播的疾病。”

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