Cell：CRISPR/Cas9再獲重要突破

2016年09月03日訊 Whitehead研究所的科學家們首次對頂復門（Apicomplexa）生物進行了全基因組篩選。這項重要的研究成果發(fā)表在Cell雜志上。頂復門的單細胞寄生蟲會引起瘧疾、巴貝斯蟲病、隱孢子蟲病和弓形蟲病，但我們對這些家伙還知之甚少。

“我們一直沒什么辦法研究頂復門寄生蟲所有基因的功能，”Whitehead研究所的Sebastian Lourido說?！艾F(xiàn)在我們找到了一個好方法。這種方法可以研究寄生蟲的各種問題，從獲取營養(yǎng)、應答免疫壓力到遺傳學互作，是相關(guān)領(lǐng)域的一次重要飛躍?！?/p>

弓形蟲（Toxoplasma gondii）是一種寄生在細胞內(nèi)的病原體，可以感染包括人在內(nèi)的幾乎所有的溫血動物。弓形蟲感染引起的肺部疾病對新生兒、兒童和存在免疫力低下人（AIDS、骨髓移植、器官移植等）特別危險。感染了弓形蟲的孕婦會將這種寄生蟲傳給胎兒，可能導致流產(chǎn)或死產(chǎn)，影響孩子的大腦、眼睛和聽力。

另一種頂復門寄生蟲更令人頭疼，那就是惡性瘧原蟲（Plasmodium falciparum）。根據(jù)世界衛(wèi)生組織WHO的統(tǒng)計，2015年有超過四十萬人死于惡性瘧原蟲引發(fā)的瘧疾。弓形蟲與惡性瘧原蟲親緣關(guān)系很近，可以作為研究惡性瘧原蟲的模型。然而弓形蟲研究發(fā)展得并不順利，因為人們無法快速有效地敲低基因。在頂復門寄生蟲中RNA干擾（RNAi）沒什么活性，隨機誘變又難以解讀，遺傳雜交也難以實施。

此外，用CRISPR/Cas9進行基因組編輯也并不好做，因為Cas9酶對弓形蟲基因組毒性太大。CRISPR是規(guī)律成簇的間隔短回文重復（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）的縮寫。CRISPR與內(nèi)切酶Cas9是一對好基友，細菌依靠它們組成的防御系統(tǒng)對抗外來侵略者。CRISPR/Cas9能夠在引導RNA的指引下，靶標并切割入侵者的遺傳物質(zhì)。2012年研究者們利用這一特點，將CRISPR系統(tǒng)發(fā)展成了強大的基因組編輯工具。該系統(tǒng)使用簡單而且擴展性強，很快便成為了生物學領(lǐng)域最耀眼的明星。

為了克服Cas9對弓形蟲基因組的毒性，研究人員開發(fā)了一種“誘餌”sgRNA。研究顯示，這種誘餌能夠有效降低Cas9的活性。研究人員用這種溫和版CRISPR/Cas9系統(tǒng)逐個破壞弓形蟲的8,158個基因，進而研究它們各自的功能。

他們通過這種方法鑒定了與寄生蟲適應人類細胞有關(guān)的二百個基因，這些基因是頂復門寄生蟲所共有的。其中一個基因編碼的CLAMP蛋白，對寄生蟲入侵宿主細胞有很大的影響。為了進一步分析這個蛋白的作用，研究人員在惡性瘧原蟲中敲低了這個蛋白。他們發(fā)現(xiàn)，缺乏功能性的CLAMP瘧原蟲就無法在紅細胞中生長。研究人員指出，雖然全基因組CRISPR/Cas9系統(tǒng)可以很好的作用于弓形蟲，但這種策略并不適合惡性瘧原蟲。正因如此，弓形蟲將是研究瘧疾的重要模型。

CRISPR/Cas9是精確改寫基因組的便捷工具。不過，在難轉(zhuǎn)化的植物中進行CRISPR/Cas9基因組編輯在技術(shù)上還有一定的挑戰(zhàn)，往往會產(chǎn)生令人擔憂的轉(zhuǎn)基因中間產(chǎn)物。中科院遺傳與發(fā)育生物學研究所的科學家們解決了這個問題。 八月二十五日他們在Nature Communications雜志上發(fā)表文章，向人們展示了無轉(zhuǎn)基因的CRISPR/Cas9基因組編輯方法。文章通訊作者是中科院遺傳與發(fā)育生物學研究所的高彩霞（Caixia Gao）研究員。

PRKAG2心臟綜合征是由PRKAG2基因突變造成的常染色體顯性遺傳疾病，包括家族性心室預激、傳導系統(tǒng)病變及心肌肥厚，患者往往會出現(xiàn)室性心動過速和進程性心力衰竭。這種疾病目前還很難治療，需要進行心臟移植。武漢大學、中科院和復旦大學的研究人員建立了PRKAG2心臟綜合征小鼠模型，并通過CRISPR/Cas9基因組編輯成功校正了小鼠的PRKAG2突變。這項研究最近發(fā)表在Cell Research雜志上。

諾如病毒在生活中很常見，每年都會在學校、酒店和游輪中造成疫情，使患者出現(xiàn)腹瀉、嘔吐、胃痙攣等癥狀。不過，科學家們對這種病毒的致病機制一直知之甚少，因為這種病毒無法在實驗室中培養(yǎng)。華盛頓大學的研究人員通過CRISPR/Cas9技術(shù)鑒定了諾如病毒入侵細胞所需的蛋白。研究顯示，用CRISPR/Cas9敲低CD300lf基因的時候，諾如病毒就不能感染細胞了。

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