改进的CRISPR基因驱动解决了旧技术的问题

2020-06-01 52基因相关

研究背景

基因驱动利用基因工程技术在少数个体中产生所需的突变,然后通过交配传播到少于10代的种群中。

从理论上讲,这种机制可用于防止疟疾蚊子传播疾病,或者可能通过禁用其繁殖能力来消灭入侵物种。

尽管科学家已经在实验室中成功证明了这一概念,但他们发现野生种群总是会适应并发展对该方案的抵抗力。 当基因驱动起作用时,它们几乎全部消失,或者没有任何细微差别,它们扩散到了所有个体,这可能是一个缺点。

改进的CRISPR基因驱动解决了旧技术的问题

现在,康奈尔大学的一项研究,“用于区域人口修饰的毒素-解毒剂CRISPR基因驱动系统”,于2月27日发表在《自然通讯》杂志上,描述了一种新型的基因驱动,它具有延迟抗药性的潜力,改进的CRISPR基因驱动解决了旧技术的问题。 该方法还可以应用于区域人口,限制其在其他人口中的传播,从而可能产生不良影响。

该论文的资深作者,计算生物学助理教授菲利普·梅瑟(Philipp Messer)说:“这是我们在这里开发的这种新驱动器在一定程度上可以解决的两件事。” 梅塞尔实验室的博士后研究员杰克逊·尚珀(Jackson Champer)是第一位作者。

在经典的基因驱动(称为归巢驱动)中,后代从母亲那里继承一组基因或基因组,从父亲那里继承另一组基因。 如果后代通过一个亲本而不是另一个亲本继承了一个驱动基因,则该驱动将自身复制而无需驱动就从亲本复制到基因组中。

梅瑟说:“现在,这个人在其两个基因组中都有驱动力,并将其传递给每个后代。”

研究内容

改进的CRISPR基因驱动解决了旧技术的问题。该驱动器采用CRISPR-Cas9基因编辑技术进行工程设计,因此,当驱动器将自身复制到新的基因组中时,CRISPR机械无需驱动器即可切入染色体,并粘贴新代码。 但是有时候,细胞会修复切口,并且这样做会随机删除DNA字母。 发生这种情况时,CRISPR基因驱动器将无法再找到其识别的基因序列以进行切割,从而产生抗性并阻止基因驱动器扩散。

自然遗传变异-DNA序列变化的另一个来源-也会产生抗性,因为CRISPR基因驱动器必须识别短的遗传序列才能进行切割。

梅塞尔说:“我们是最早表明这是一个巨大问题的实验室之一。”

该论文描述了一种新的基因驱动器,称为TARE(毒素-解毒剂隐性胚),其作用是针对生物体正常运行所必需的基因。同时,有机体只能通过一个完整的复制品来生存。 TARE驱动器没有像归位驱动器那样剪切和粘贴DNA,而是简单地剪切了另一个亲本的基因,使其失效。

同时,工程改造的TARE驱动基因的DNA序列已被重新编码。该基因起作用,但不会在后代被认可或削减。如果后代继承了两个残障基因,那么这些个体将无法生存,从而将这些副本从种群中移除。同时,随着有生命的个体交配,越来越多的存活后代将携带TARE驱动基因。

只有少数具有归巢驱动力的人可以在整个人群中传播特质。另一方面,TARE驱动器不能将驱动器剪切并粘贴到目标基因中;相反,它们破坏了后代中的一种靶基因拷贝。因此,驱动器需要在人口中传播更多的工程人员。因此,TARE驱动器不太可能从一个不同的种群转移到另一个种群。

在实验室实验中,当将具有TARE基因驱动力的果蝇释放到野生型果蝇的笼子中时,笼子中的所有果蝇都只有6代具有TARE驱动器。

研究人员指出,在野外,尤其是在非常大的种群中,抗药性确实可以随着TARE驱动而进化,但他们认为,它需要更长的时间,并且进化速度要低得多。

引用

Cornell University. "Improved CRISPR gene drive solves problems of old tech." ScienceDaily. ScienceDaily, 3 March 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/03/200303175308.htm.

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