2014年CRISPR技术独领风骚 盘点引用最多的论文
生物通/张迪 · 2014/11/03
在CRISPR技术的相关研究论文中,最引人注目的就是2013年发表在Science上的两篇文章,这两篇文章也是目前“研究前沿”中引用最多的两篇文章(引用分别为540和531)。


在汤姆森路透旗下的知识产权与科技事业部公布的《2014研究前沿》报告中,全基因关联分析、CRISPR/Cas基因组编辑技术等方面的研究被列入最活跃研究领域,其中CRISPR技术自公布以来就受到了广泛关注。

CRISPR (clustered regularly interspersed short palindromic repeats)/Cas是源于细菌及古细菌中的一种后天免疫系统,它可利用靶位点特异性的RNA指导Cas蛋白对靶位点序列进行修饰。自2013年以来,CRISPR/Cas系统已经成功应用于人类、小鼠、斑马鱼、家蚕、果蝇、酵母、拟南芥及水稻等多个物种中。

目前许多研究都应用了这一技术,比如来自加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna就利用CRISPR相关的蛋白:Cas9,创建DNA双链断口。还有利用这一技术精确地重现了两个众所周知的肺癌基因的效应,模拟了叫做一个APC的基因。研究人员将编码Cas9和RNA引导链的基因包装到了慢病毒中,这些病毒可以被注射到成体小鼠的靶器官中。然后在小鼠体内加入靶向三种不同基因的慢病毒,由此他们能够看到每种基因是如何与Kras协同作用来影响肿瘤生成的。肿瘤一旦形成,研究人员就可以研究它们的侵袭性、生长的速度以及分化的程度,这为实行个体化肿瘤治疗开辟了全新的领域。

在CRISPR技术的相关研究论文中,最引人注目的就是2013年发表在Science上的两篇文章,这两篇文章也是目前“研究前沿”中引用最多的两篇文章(引用分别为540和531)。

其中一篇文章利用细菌RNA,引导Cas9核酸酶在小鼠和人类基因组的特定基因位点上进行切割,完成了精确的目标链断裂。而在另外一篇文章中,哈佛大学的遗传学家George Church 和他的同事则利用CRISPR方法,成功编辑了几种不同的人类细胞系的基因组,其中包括诱导多能干细胞iPS。

排在第三位的是2012年的一篇Science文章:A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity,在这篇文章中,劳伦斯伯克利国家实验室的研究团队发现了一种双链RNA,能指导细菌蛋白在特定位点剪切外源DNA,而且将这种双链RNA改造为单链RNA,能指导细菌蛋白对几乎所有DNA序列进行剪切。这篇文章虽然未明确CRISPR技术的意义,但是也可谓是迈出了应用的第一步。

还有一篇更早的文章,那就是2002年发表在Molec. Microbio杂志上的一篇文章(Identification of genes that are associated with DNA repeats in prokaryotes),这篇文章首次发现并定义了CRISPR。

其后排在第五位的是Efficient genome editing in zebrafish using a CRISPR-Cas system(发表在Nature Biotech.杂志上),也同是在2013年发表的文章,主要是应用CRISPR技术在斑马鱼胚胎中进行实验,证明其作用与锌指核酸酶等工具相似。

飞速发展

自此之后,CRISPR技术越来越受到关注。其最显著的特点之一就是作用迅速,这主要是因为这种技术相对比较简单。Jennifer Doudna 曾在BioTechniques 上表示“这真的是一个很好的例子,代表了一种基础性研究如何能在不带任何特殊靶标,或目的,或特殊应用的基础上,成为基因组工程中一个真正革命性的技术”。

在这之后,不到一年的时间里,来自Whitehead研究所的研究人员也公布其重要发现,指出这种方法能彻底改变遗传工程动物模型的构建方式,甚至有可能重新定义哪些物种可作为模式生物。他们发现利用CRISPR,现在可以在3-4周的时间内构建出携带5种突变的小鼠,而采用传统的方法这需要3-4年的时间。并且这种方法相当的简单,甚至比传统的方法还要简单得多。

此外,洛克菲勒大学的 David Bikard和华人学者张锋利用RNA导向的Cas9操纵了完整生物体的基因组。他们证实通过在单细胞中采用不同的几种导向RNA编程Cas9,可在细菌中使用这一系统修改多个位点。(论文标题:RNA-guided editing of bacterial genomes using CRISPR-Cas systems,排名第八)

近期中国学者也在这一领域取得了一些成果,如南京大学等处的研究人员利用CRISPR技术获得了第一批携带定向突变的基因工程猴,这一里程碑成果有可能为构建出更现实的人类疾病研究模型奠定了基础。

另一种革命性工具

对于一位生物学家来说,CRISPR/Cas 的故事最有意思的一个地方就在于其折射了另外一个早期真正具有革命性意义的成果: 限制性内切酶。

上个世纪50年Salvador Luria 首次发现了这种酶,认为这是一种很麻烦的现象,因为这会令噬菌体无法在一些菌株上很好的生长,然而将近20年后,限制性内切酶已经成为了生物学家手中的一把锋利的刀,在许多实验中发挥了重要的作用。

CRISPR/Cas同样也是如此,在发现和应用之间相隔数年,终于成为了遗传工程中的又一把利器。

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