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作者：Ashley
導讀：在過去的十年裡，CRISPR基因組編輯系統徹底改變了分子生物學，使科學家有能力改變活細胞內部的基因，用於研究或醫學應用。現在，Gladstone研究所的研究人員使用名為反轉錄子（retrons）的分子，微調了另一個有效的基因編輯系統。
研究小組在《Nature Chemical Biology》雜誌上報告說，反轉錄子（retrons）可以進行效率最佳化，並用於編輯從真菌到人類細胞等多種細胞型別中的基因。該研究題為“Precise genome editing across kingdoms of life using retron-derived DNA”。
Gladstone助理研究者Seth Shipman博士是這項新研究的資深作者，他說：“這項工作確實鞏固了retrons作為一個可以跨生物體使用的平臺。我們可以比目前的方法更容易、更快速、更高效地對基因進行精確的修改。”
一站式基因編輯服務
目前大多數基於CRISPR系統的基因編輯技術都涉及從細胞的基因組中切割出一段DNA，然後引入稱為“模板DNA”的新遺傳物質來取代它。當細胞修復現有基因被切割的地方時，模板DNA被整合。
該模板DNA通常在實驗室中產生，然後從外部引入細胞。切割細胞基因組的Cas9蛋白被分別遞送。Cas9和模板DNA都不能穿透每個細胞，限制了CRISPR基因編輯的效率。
然而，retrons的作用就像DNA工廠，從細胞內部產生豐富的模板DNA複製。而且，retrons可以與CRISPR的其餘部分一起遞送，這樣細胞就可以同時得到基因編輯所需的所有材料——模板DNA、Cas9和幫助研究人員追蹤編輯過程的分子的遺傳密碼。
新論文的第一作者、Shipman實驗室研究生Santiago Lopez說:“這意味著我們只需要為每個細胞引入一個元素。這大大簡化了流程，為新型實驗打開了大門。”
改造retrons
Retron和CRISPR都起源於細菌；兩者都是細菌用來改變DNA以應對感染的防禦機制。CRISPR基因組編輯出現後，CRISPR系統被選中選擇性地靶向其他細胞型別中的基因，一些研究人員開始探索是否可以利用retrons來供應用於精確基因編輯的模板。然而，retrons結構的不同部分在其功能中的作用，以及如何調整這些部分以改善retrons，尚不清楚。
加州大學舊金山分校(UCSF)生物工程和治療科學的助理教授，Shipman說：“retron系統進化幫助防禦細菌，但我們想改變它的正常功能，讓它做我們想要它做的事情——生成基因編輯模板。”
在新的研究中，Shipman的研究小組改造了大腸桿菌retrons，製造出數百種新的變體。他們測試了每個新的變體，發現了一系列的變化，這些變化共同導致了retron在大腸桿菌細胞中最終產生的模板DNA增加了8到10倍。
接下來，研究人員在真菌釀酒酵母和培養的人類細胞中測試了新的重組retron系統，他們發現這種最佳化的系統在所有情況下都起作用。這是首次展示retron在人類細胞中的應用及其在細胞型別中的可移植性。
由於研究小組現在可以精確微調retrons產生多少模板DNA，他們也能夠證明，當retrons產生高水平的模板DNA時，會提高基因編輯效率。
Shipman說：“我們的研究首次證明，我們能產生的模板DNA越多，基因組編輯就越好。更好、更精確的編輯最終意味著更有效、更安全的基因組藥物和更先進的基礎研究。”
從細菌中提取工具
Shipman說，retrons作為實驗室中編輯不同細胞型別基因的研究工具，是快速有用的。雖然該平臺尚未準備好用於人類，但它也有可能幫助編輯用於治療目的的基因——例如透過修復引起疾病的基因突變。
由於不同的細菌含有不同的retrons，他的研究小組還計劃探索其他retron變異是否比他們在這項研究中最佳化的大腸桿菌retron更有益。
Shipman說:“我們正在採取一種通用的方法，挖掘我們在細菌中發現的部分，並將它們馴化供我們自己使用。這對於開發新的工具已經取得了令人難以置信的成果，但我認為我們才剛剛開始收穫將這些工具應用於生物技術的好處。”
參考資料：
https://phys.org/news/2022-01-method-genes-human-cells.html
注：本文旨在介紹醫學研究進展，不能作為治療方案參考。如需獲得健康指導，請至正規醫院就診。
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