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杜克大学生物医学工程师报告说,在NCSU的推动下

杜克大学生物医学工程师达勒姆(Duke University)使用了一种之前未被探索的CRISPR技术来精确地调节和编辑人类细胞中的基因组。研究人员希望能极大地扩展crispr为生物医学工程师提供的工具,开辟一个新的、多样化的基因组工程技术前沿。

在9月23日发表的《自然生物技术》,查尔斯格斯巴赫,鲁尼家族在杜克大学的生物医学工程副教授,和阿德里安·奥利弗,格斯巴赫实验室的博士后研究员,领导了这个项目,描述他们成功地利用了1类CRISPR系统在人类细胞中首次打开和关闭靶基因并编辑表观基因组。“KdSPE”“KDSPs”CRISPR-CAS是一种防御系统,其中细菌使用RNA分子和CRISPR相关(CAS)蛋白来靶向和破坏。入侵病毒的DNA。这一现象的发现和分子机器的重新利用引发了一场基因组编辑革命,因为研究人员学会了如何使用该工具在人类细胞中特异地定位和编辑dna。

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crispr-cas9,当今最常用的基因组编辑工具,被归类为2类crispr系统。第2类系统在细菌世界中较不常见,但理论上比较简单,因为它们只依赖一种CaS蛋白来靶向和切割DNA。“KdSPE”“KdSPS”1类系统不是那么简单,依赖多个蛋白质在一个称为级联的复合物(crispr相关的抗病毒防御复合物)中协同作用来靶向dna。在结合之后,cascade招募了一种切割dna的cas3蛋白。

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“如果你要研究世界上所有细菌的crispr系统,将近90%是一级系统。“CRISPR-CAS生物学是生物技术工具的一个令人难以置信的来源,但直到最近,每个人都只看了一小片馅饼”“KDSPE”“KDSPs”来演示1类系统的能力,奥利弗将基因激活剂沿着一个I型大肠杆菌级联复合物附着在特定的位点上,并靶向该系统以结合调节基因表达水平的基因启动子。因为她没有在实验中加入cas3蛋白,所以没有对dna进行切割,也没有对潜在的dna序列进行改变。实验表明,级联激活剂不仅能与正确的位点结合,而且能提高靶基因的水平,但这样做的准确度和特异性与crispr/cas9相当。

奥利弗重复了这一过程,使用的是一种额外的细菌菌株的i型级联复合物,该菌株在多种靶点工作时特别稳健。她还表明,激活域可以被一个阻遏物所取代,从而关闭靶基因。同样,研究人员注意到了CRISPR/CAS9方法的准确性和特异性。

杜克工程师用生物医学尾巴

改进了CRISPR基因组编辑,我们发现Cascade的结构是非常模块化的,允许多种位点附加激活物或抑制物,这是改变人类细胞基因表达的伟大工具,”奥利弗说。“Cascade的灵活性使其成为一种很有前途的基因组工程技术。”“Kdspe”“Kdsps”Gersbach和Oliver被附近北卡罗来纳州立大学的合作者鼓励研究更复杂的1类CRISPR系统,RodolpheBarrangou教授和Chase Beisel教授,现就职于德国Helmholtz感染研究中心。Barrangou是一名微生物学家,近20年来一直研究各种CRISPR防御机制的自然生物学,Beisel是一名化学工程师,曾与Barrangou合作研究1级CRISPR系统的工程微生物。这个他们都很好奇gersbach的实验室是否能在人体细胞中使用这些系统,类似于他们对cas9的研究。

“这项工作和由此产生的技术是北卡罗来纳州跨学科和跨大学研究协作的极好例子。北卡罗莱纳州立大学益生菌研究领域的杰出教授托德•R•克兰汉默(Todd R.Klanhammer)说,“三角”可以具有很高的创新性和生产力。

现在,研究小组对他们的研究以及该领域其他人的相关工作持乐观态度,将鼓励对一级crispr系统的新研究。

“这个项目的目的是探索crispr系统的多样性,”gersbach说。“在过去的十年里,关于CRISPR-CAS9的论文已经有上千篇了,但是我们一直在不断地学习新的东西。在这项研究中,我们将这种思维方式应用到其他90%的实验中。

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有长期的益处。到目前为止,研究小组已经证明,这些1级系统与crispr-cas9在准确度和应用条款。当他们考虑未来的发展方向时,他们好奇地探索这些系统与二级系统的不同之处,这些差异对于生物技术应用可能是有用的。“KDSPE”“KDSPs”团队也感兴趣于研究1类系统如何解决CRISPR-CAS研究的一般挑战,尤其是使潜在的治疗应用复杂化的问题。如对CAS蛋白的免疫应答,同时使用多种类型的CRISPR用于不同的基因组工程功能。“KDSPE”“KDSPs”“我们知道CRISPR可以对人类健康产生重大影响,”Gersbach说。“但我们还处在了解crispr将如何使用、它能做什么以及我们可以使用哪些系统的最开始阶段。我们期望这一新工具将使基因组工程的新领域成为可能。

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的三角洲的发展这项工作得到了美国国家卫生研究院的支持,国家科学基金会,SooSosiCiStices,来自保罗·G·艾伦前沿小组的艾伦杰出研究者奖,ToRek纪念基金会,辉瑞NCPCEAL杰出博士后奖学金,杜克大学和北卡罗莱纳州立大学的内部基金。

charles gersbach、adrian pickar oliver、rodolphe barrangou和chase beisel已经向第一类crispr系统提交了与基因组工程相关的专利申请。Charles Gersbach是基因座生物科学和元素基因组学的联合创始人和顾问,也是Sarepta Therapeutics的顾问。Rodolphe Barrangou是基因座生物科学和Intellia Therapeutics的联合创始人和科学顾问委员会成员。蔡斯贝塞尔是基因座生物科学的联合创始人和科学顾问委员会成员。

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