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Cell:CRISPR/Cas9再获重要突破

2016/09/05 来源:生物通/叶予
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导读
Whitehead研究所的科学家们首次对顶复门(Apicomplexa)生物进行了全基因组筛选。研究人员用温和版CRISPR/Cas9系统逐个破坏弓形虫的8,158个基因,进而研究它们各自的功能。


Whitehead研究所的科学家们首次对顶复门(Apicomplexa)生物进行了全基因组筛选。这项重要的研究成果于九月二日发表在Cell杂志上。顶复门的单细胞寄生虫会引起疟疾、巴贝斯虫病、隐孢子虫病和弓形虫病,但我们对这些家伙还知之甚少。

“我们一直没什么办法研究顶复门寄生虫所有基因的功能,”Whitehead研究所的Sebastian Lourido说。“现在我们找到了一个好方法。这种方法可以研究寄生虫的各种问题,从获取营养、应答免疫压力到遗传学互作,是相关领域的一次重要飞跃。”

弓形虫(Toxoplasma gondii)是一种寄生在细胞内的病原体,可以感染包括人在内的几乎所有的温血动物。弓形虫感染引起的肺部疾病对新生儿、儿童和存在免疫力低下人(AIDS、骨髓移植、器官移植等)特别危险。感染了弓形虫的孕妇会将这种寄生虫传给胎儿,可能导致流产或死产,影响孩子的大脑、眼睛和听力。

另一种顶复门寄生虫更令人头疼,那就是恶性疟原虫(Plasmodium falciparum)。根据世界卫生组织WHO的统计,2015年有超过四十万人死于恶性疟原虫引发的疟疾。弓形虫与恶性疟原虫亲缘关系很近,可以作为研究恶性疟原虫的模型。然而弓形虫研究发展得并不顺利,因为人们无法快速有效地敲低基因。在顶复门寄生虫中RNA干扰(RNAi)没什么活性,随机诱变又难以解读,遗传杂交也难以实施。


此外,用CRISPR/Cas9进行基因组编辑也并不好做,因为Cas9酶对弓形虫基因组毒性太大。CRISPR是规律成簇的间隔短回文重复(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)的缩写。CRISPR与内切酶Cas9是一对好基友,细菌依靠它们组成的防御系统对抗外来侵略者。CRISPR/Cas9能够在引导RNA的指引下,靶标并切割入侵者的遗传物质。2012年研究者们利用这一特点,将CRISPR系统发展成了强大的基因组编辑工具。该系统使用简单而且扩展性强,很快便成为了生物学领域最耀眼的明星。

为了克服Cas9对弓形虫基因组的毒性,研究人员开发了一种“诱饵”sgRNA。研究显示,这种诱饵能够有效降低Cas9的活性。研究人员用这种温和版CRISPR/Cas9系统逐个破坏弓形虫的8,158个基因,进而研究它们各自的功能。

他们通过这种方法鉴定了与寄生虫适应人类细胞有关的二百个基因,这些基因是顶复门寄生虫所共有的。其中一个基因编码的CLAMP蛋白,对寄生虫入侵宿主细胞有很大的影响。为了进一步分析这个蛋白的作用,研究人员在恶性疟原虫中敲低了这个蛋白。他们发现,缺乏功能性的CLAMP疟原虫就无法在红细胞中生长。研究人员指出,虽然全基因组CRISPR/Cas9系统可以很好的作用于弓形虫,但这种策略并不适合恶性疟原虫。正因如此,弓形虫将是研究疟疾的重要模型。

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