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新“基因魔剪”按需敲入長DNA序列
或可治療多突變疾病
作者：張夢然 來源：科技日報(bào) 
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科技日報(bào)北京11月27日電 （記者張夢然）據(jù)最新一期《自然·生物技術(shù)》發(fā)表的一項(xiàng)研究，在CRISPR基因編輯系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，美國麻省理工學(xué)院研究人員設(shè)計(jì)了一種新工具，可以更安全、更高效的方式剪除有缺陷的基因并用新基因替換它們。
使用這個(gè)系統(tǒng)，研究人員可將長達(dá)36000個(gè)DNA堿基對的基因傳遞給幾種類型的人類細(xì)胞，以及小鼠的肝細(xì)胞。這種被稱為PASTE（通過位點(diǎn)特異性靶向元素進(jìn)行可編程添加）的新技術(shù)有望治療由具有大量突變的缺陷基因引起的疾病，例如囊性纖維化。
新工具結(jié)合了CRISPR-Cas9的精確定位，CRISPR-Cas9是一組最初源自細(xì)菌防御系統(tǒng)的分子，與整合酶結(jié)合在一起，病毒使用這種酶將自己的遺傳物質(zhì)插入細(xì)菌基因組。這些整合酶來自細(xì)菌和感染它們的病毒之間的持續(xù)斗爭，它說明了人們?nèi)绾文軌虿粩鄰倪@些自然系統(tǒng)中找到大量實(shí)用新工具。
此次開發(fā)的新工具，可切除有缺陷的基因并用新基因替換它，而不會(huì)引起任何雙鏈DNA斷裂。研究人員專注于絲氨酸整合酶，它可插入大塊DNA，大至50000個(gè)堿基對。這些酶以稱為附著位點(diǎn)的特定基因組序列為目標(biāo)，這些序列起到“著陸點(diǎn)”的作用。當(dāng)在宿主基因組中找到正確的著陸點(diǎn)時(shí)，它們就會(huì)與之結(jié)合。
研究團(tuán)隊(duì)意識到，將這些酶與插入正確著陸位點(diǎn)的CRISPR-Cas9系統(tǒng)相結(jié)合，可輕松地對強(qiáng)大的插入系統(tǒng)進(jìn)行重新編程。一旦結(jié)合了著陸點(diǎn)，整合酶就會(huì)出現(xiàn)并將其更長的DNA有效載荷插入到該位點(diǎn)的基因組中。研究人員表示，這朝著實(shí)現(xiàn)可編程插入DNA夢想邁出了一大步。
研究人員使用PASTE將基因插入多種類型的人類細(xì)胞，包括肝細(xì)胞、T細(xì)胞和淋巴母細(xì)胞（未成熟的白細(xì)胞）。他們使用13種不同的有效載荷基因（包括一些可能具有治療作用的基因）測試了遞送系統(tǒng)。
在這些細(xì)胞中，研究人員能夠以5%到60%的成功率插入基因。研究還證明，可將基因插入小鼠的“人源化”肝臟中。這些小鼠的肝臟由大約70%的人類肝細(xì)胞組成，PASTE成功地將新基因整合到大約2.5%的這些細(xì)胞中。
團(tuán)隊(duì)表示，該技術(shù)還可用于治療由缺陷基因引起的血液疾病，例如血友病和亨廷頓氏病。