宝“剪”锋从磨砺出!2016年“20项突破”让CRISPR魔力升级
2016/12/16
年终盘点季,小编带大家一起回顾一下“魔剪”CRISPR技术在过去一年的“丰功伟绩”。进入临床研究、多家公司上市、编辑人类胚胎、“霸屏”CNS,2016年的CRISPR技术似乎更具“魔力”了。以下,跟随小编一起回顾CRISPR领域2016年的大事件吧。


短短几年时间,基因编辑技术CRISPR以“神之速度”风靡整个生命科学领域。回首2016年,小编印象最深刻的CRISPR事件有三个:中国科学家开展全球首个基于CRISPR技术治疗肺癌的临床试验、英国率先批准CRISPR编辑健康人类胚胎、三家CRISPR公司相继上市。

CRISPR技术已用于临床研究

将CRISPR技术用于人类疾病治疗是很多科学家的终极目标。开展临床研究则是实现这一目标的必经之路。究竟哪个团队能在全球率先开展CRISPR临床研究一直备受瞩目。最先漏出风声的是宾夕法尼亚大学的CAR-T大牛Carl June教授团队。6月21日,福布斯网站发布了题为“Team Funded By Billionaire Sean Parker Aims To Be First To Use CRISPR Gene Editing In People”的报道。这篇文章中提到“First”是指Carl June团队提出第一个将CRISPR应用于人体的试验,用于治疗骨髓瘤、黑色素瘤和肉瘤。


卢铀教授

虽然,这一试验很快拿到了NIH下属Recombinant DNA Advisory Committee(RDAC)的“通行证”,但1个月后Nature杂志发表的一篇重磅报道却让这一试验成为“First”有了重要竞争对手。报道称,四川大学华西医院肿瘤学家卢铀教授研究小组计划在今年8月启动利用CRISPR技术编辑的T细胞治疗化疗、放疗以及其它疗法治疗无效的转移性非小细胞肺癌患者的临床试验。

11月15日,Nature更新了这一试验的最新进展。10月28日,首名患者接受了经CRISPR技术改造的T细胞的治疗。卢铀教授在接受采访时表示,这次治疗进展得很顺利,患者即将接受第二次注射。

此外,据Nature消息,Carl June团队的试验预计在今年年底启动。截止目前,未有相关进展报道。

小编说:2013年1月,张锋等科学家在Science上发表了首篇证明CRISPR技术可用于编辑人类细胞基因组的论文。短短4年的时间,CRISPR技术以惊人的速度在发展,未来必定会有更多的临床研究相继开展。我们期待,这一被寄予厚望的“魔剪”能够真正帮助人类对抗疾病。

CRISPR编辑人类胚胎研究仍在进行

2015年,中国科学家(中山大学黄军就研究小组)发表了世界首篇基因编辑人类胚胎的论文,引发了整个行业的震动。尽管争论不断,但这一方面的研究却仍在继续。今年,来自广州医科大学附属第三医院范勇领导的研究团队在《辅助生殖与遗传学期刊》上发表了另一篇基因编辑人类胚胎论文。从2014年4月至9月,研究者从87名志愿者那里收集了213枚三原核受精卵,即原本不能正常发育的人类胚胎细胞。研究者通过基因编辑技术CRISPR,对这些受精卵中的基因ccr5进行编辑,结果发现26个人体胚胎细胞中,仅有4个细胞的基因成功被修饰。值得一提的是,中国科学家的这两篇论文中使用的是都是原本不能正常发育的人类胚胎。

最早公开提出基因编辑健康胚胎的科学家是英国Francis Crick 研究所的研究人员Kathy Niakan。今年2月,英国人类生育与胚胎学管理局正式批准Niakan研究团队使用CRISPR技术敲除日龄胚胎中发育基因的研究申请。这是国家监管机构首次对基于CRISPR技术的人类胚胎编辑研究放开“闸门”。

事实上,除了英国科学家,瑞典科学家也已开展了同类研究。今年9月,据NPR网站报道,瑞典科学家Fredrik Lanner已经开始编辑健康人类胚胎了。具体来说,他将通过“关闭”胚胎中的一些基因,探索这些基因在早期发育中的作用。据当时的报道称,Lanner已经编辑了至少12个胚胎。

小编说:关于编辑胚胎、定制婴儿,张锋去年在清华大学演讲中曾表示,如果一对父母想要孩子,但他们都有某种突变的遗传疾病,用基因编辑技术来修复胎儿的这些突变是有可能的。而对有目的地去设计婴儿的某些特性,张锋完全反对。他说:“这样的风险是很大的,因为我们对生物遗传系统的复杂程度还知之甚少,要是直接引入某些突变,你无法预测它在整个系统中出现什么样的反应”。

三大CRISPR公司纷纷上市

众所周知,张锋、Jennifer Doudna、Emmanuelle Charpentier、George Church等科学家在CRISPR的发现和发展中起到了举足轻重的作用。而这些先驱者除了在研究领域保持领先地位,在商业领域也占得先机。

今年年初,张锋与人联合创办的Editas Medicine成为首个登陆纳斯达克市场的基因编辑股,IPO募资9440万美元。5月,知识产权来自Jennifer Doudna的Intellia Therapeutics 也完成了IPO,募得资金1.08亿美元。10月,Emmanuelle Charpentier与人联合创办的CRISPR Therapeutics宣布进行IPO。公司以每股14美元的价格发行400万股票,募集总金额达5600万美元。

小编说:CRISPR技术的快速发展除了为科研人员带来便利,为攻克难治疾病带来希望,也为产业界带来了新的商机。上述三家公司除专注自己的开发外,还与很多制药巨头建立了合作,包括诺华、拜耳、Regeneron等。不过,正如一些行业人士所说,CRISPR用于疾病治疗的潜能还需要进一步的验证。


“20项突破”让CRISPR更具“魔力”

在去年12月的1篇文章中,小编第一次用到了“魔剪”一词。经过2016这一年的发展,CRISPR的“魔力”又有了新的升级。小编的一种感觉是:科学家+CRISPR=无所不能。或许这说法过于夸张,但这一年,CRISPR确实有了大量新的、突破性的进展。同时编辑多个基因、任意“编辑”非分裂细胞、“改写”单个核苷酸、靶向RNA,这些研究再次展现了CRISPR技术的无限潜能。以下小编为大家列举2016年CRISPR技术相关的20项重要进展。所有报道均可点击【详细】查看详情。

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技术篇

1# Cell:首次!科学家找到“魔剪”CRISPR“关闭”开关

Naturally Occurring Off-Switches for CRISPR-Cas9

12月8日,发表在Cell杂志上一项研究中,来自多伦多大学和马萨诸塞大学的科学家们首次发现了CRISPR/Cas9的“关闭开关”(off-switches)。研究小组鉴定出了3个天然存在的、能够抑制Cas9酶的蛋白质家族。在CRISPR/Cas9系统中,Cas9酶发挥着剪断目标DNA序列的功能,而这些称为anti-CRISPR的蛋白质具有阻断DNA切割的能力。【详细

2# Nature Biotechnology:张锋再发新突破!CRISPR可实现同时编辑4个基因

Multiplex gene editing by CRISPR–Cpf1 using a single crRNA array

12月5日,发表在Nature Biotechnology上的一项研究中,科学家们发现,CRISPR/Cpf1系统能够克服Cas9靶向多个基因位点的限制。研究表明,Cpf1加工自身CRISPR RNA (crRNA)的能力可用于简化多重基因组编辑。使用单个定制的CRISPR阵列(array),研究人员实现了在哺乳动物细胞中同时编辑多达4个基因,在小鼠大脑中同时编辑3个基因。张锋以及Wageningen大学的John van der Oost是这篇论文的共同通讯作者。【详细

3# Nature:首次!新CRISPR可任意“编辑”非分裂细胞

In vivo genome editing via CRISPR/Cas9 mediated homology-independent targeted integration

11 月16日,发表在Nature上的一项研究中,Salk研究所的科学家们首次发现,基于CRIPSR的技术能够将DNA插入到非分裂细胞(non-dividing cells)的靶向位置。此外,研究还证实,这一技术能够部分恢复盲鼠的视觉反应。【详细


4# Science“力挺”Nature:新型“魔剪”CRISPR,仅“改写”单个核苷酸

Targeted nucleotide editing using hybrid prokaryotic and vertebrate adaptive immune systems| Science

Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage|Nature

今年科学家们发表了多篇利用改造的CRISRP技术编辑单个核苷酸的论文。8月4日,发表在Science杂志上的一项研究中,日本神户大学的Akihiko Kondo教授带领的科学家小组通过将一种被修饰过的Cas9酶与来源于七鳃鳗(sea lamprey)免疫系统中一种酶结合,找到了编辑单一DNA核苷酸的新方法。更早的一篇文章于4月20日发表在Nature上。哈佛大学化学生物学教授David Liu带领的研究小组利用不同的脱氨酶(来自大鼠)率先发表了同类技术。【详细

5# Science:张锋发现“新魔剪”,仅靶向RNA

C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector

6月2日,发表在Science上的一项研究中,来自Broad研究所、MIT、NIH等机构的科学家们描述了一种新型靶向RNA的CRISPR系统。研究鉴定出了一种具有靶向和降解RNA能力的RNA导向酶(RNA-guided enzyme)C2c2,并描述了该酶的功能特征。研究表明,仅靶向RNA的CRISPR/C2c2系统能够帮助细菌对抗病毒感染。张锋和Eugene V. Koonin是该研究的共同通讯作者。【详细


6# Nature Biotechnology:实现前所未有的CRISPR基因编辑成功率

Enhancing homology-directed genome editing by catalytically active and inactive CRISPR-Cas9 using asymmetric donor DNA

1月20日,发表在Nature Biotechnology上的一项研究中,加州大学伯克利分校的研究人员对CRISPR-Cas9技术做出重大改进,在用一段短DNA片段替代另一段DNA时获得了高达60%的前所未有的成功率。【详细

7# Nature:科学家“力破”脱靶效应,向精准CRISPR时代迈进

High-fidelity CRISPR–Cas9 nucleases with no detectable genome-wide off-target effects

1月6日,发表在Nature杂志的一项研究中,麻省总医院的研究人员开发出一个新版本的Cas9酶或将强有力的解决这一困扰CRISPR/Cas9系统的障碍,使脱靶效应降低到无法检测的水平。这项最新的成果阐述了经改版的Cas9酶是如何降低与靶DNA( target DNA)的非特异性互作,这将大大扩大基因编辑技术的应用范围。【详细

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应用篇

8# Nature:CRISPR治疗遗传疾病又进一大步,临床前试验获成功

CRISPR/Cas9 β-globin gene targeting in human haematopoietic stem cells

11月7日,发表在Nature上的一项研究中,斯坦福大学的研究团队利用CRISPR技术在人体干细胞中修复了造成镰状细胞贫血病的基因。这是在研发针对该疾病的基因治疗道路上走出的关键一步。这项研究证明了修复后的细胞能生成正常功能的血红蛋白分子,可以在正常红细胞中携带氧气,这些干细胞也可以正常移植回小鼠体内。【详细

9# Nature:CRISPR实施全基因组筛选鉴定肠道病菌感染靶标

Frizzled proteins are colonic epithelial receptors for C. difficile toxin B

10月20日,发表在Nature上的一项研究中,美国波士顿儿童医院的研究小组鉴定了新的威胁生命的胃肠道艰难梭菌(Clostridium difficile)感染的关键靶标。这项工作揭示了这种细菌最强效的毒素如何进入细胞。这是开发抵抗它的疗法的第一步。【详细


10# Nature:“魔剪”CRISPR揭开线粒体疾病遗传秘密

Accessory subunits are integral for assembly and function of human mitochondrial complex I

9月14日,发表在Nature杂志上的一项研究中,来自澳大利亚莫纳什大学等机构的科学家们借助CRISPR/Cas9技术鉴定出了与线粒体疾病相关的2个新基因(ATP5SL和DMAC1)。这一结果为实现更好的疾病基因诊断开辟了道路,同时有望帮助鉴定潜在的治疗靶点。【详细

11# Science:巧借CRISPR,科学家首次发明人体细胞DNA“录音机”

Continuous genetic recording with self-targeting CRISPR-Cas in human cells

8月18日,发表在Science杂志上的一项研究中,来自MIT的科学家们利用CRISPR技术,首次开发出了人体细胞DNA“录音机”。据悉,这是首个可以记录人类细胞中事件持续时间和/或强度的模拟记忆存储系统。【详细

12# Science:“魔剪”CRISPR又立一功,这次跟腹泻有关

Discovery of a proteinaceous cellular receptor for a norovirus

8月18日,发表在Science上的一项研究中,来自华盛顿大学和Broad研究所的科学家小组在CRISPR/Cas9技术的帮助下,鉴定出了诺如病毒入侵细胞所需的关键蛋白——CD300lf。这项工作为研究这种曾经让科学家们无可奈何的病毒提供了新的方法,也有望帮助开发治疗方案或相应的疫苗。【详细


13# Science:CRISPR技术可实现永久记录活细胞分子事件

Molecular recordings by directed CRISPR spacer acquisition

6月9日,发表在Science上的一项研究中,遗传学大牛George Church带领的研究小组利用CRISPR/Cas技术开发出了一种能够永久记录活细胞中分子事件的方法。这一系统将特定的合成DNA元件按时间顺序整合到细胞基因组中。通过测序,系统能够提供细菌DNA事件的时间表。【详细

14# Science:CRISPR“直击”胚胎生长过程

Whole organism lineage tracing by combinatorial and cumulative genome editing

5月26日,发表在Science上的一项研究中,哈佛大学的研究人员设计了一种在发育动物中标记和追踪细胞的新方法。在首次测试中,研究人员利用CRISPR技术揭示了一项惊人的发现,即成年斑马鱼中的许多组织和器官仅仅是从几个胚胎细胞形成的。【详细

15# Cell:升级版CRISPR可精确改造活体样本神经元DNA

High-Throughput, High-Resolution Mapping of Protein Localization in Mammalian Brain by In Vivo Genome Editing

5月12日,发表在Cell上的一项研究中,马克斯普朗克佛罗里达神经科学研究所的科学家们开发出了基于CRISPR的新技术——SLENDR。利用这一技术,研究人员能够精确改造活体样本中的神经元DNA。【详细


16# Science:CRISPR技术新应用,快速鉴别基因变异

CRISPR-directed mitotic recombination enables genetic mapping without crosses

5月5日,发表在Science上的一项研究中,由加州大学洛杉矶分校的Leonid Kruglyak领导的研究小组开发出了一项新技术,可实现利用基因编辑系统CRISPR来快速鉴别基因变异。【详细

17# Nature:科学家利用CRISPR技术成功引入特异纯合子和杂合子突变

Efficient introduction of specific homozygous and heterozygous mutations using CRISPR/Cas9

4月27日,发表在Nature杂志上的一项研究中,来自洛克菲勒大学的研究人员报告称,他们利用CRISPR/Cas9成功地有效引入了特异的纯合子和杂合子突变。这一突破性的成果将推动人类的疾病研究。【详细

18# Cell:首次利用CRISPR技术追踪RNA

Programmable RNA Tracking in Live Cells with CRISPR/Cas9

3月17日,发表在Cell杂志上的一项研究首次利用CRISPR-Cas9靶向作用于活细胞中的RNA。来自美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员发现,CRISPR/Cas9有可能最终可用于研究广泛的疾病相关RNA过程,及操控基因转录进行疾病建模。【详细

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发现篇

19# Nature颠覆发现:病毒也有CRISPR样系统

MIMIVIRE is a defence system in mimivirus that confers resistance to virophage


2月29日,在线发表于Nature上的一项研究中,法国科学家们报告称,巨型病毒mimiviruses拥有类似细菌CRISPR系统一样的抵御入侵的防御系统。研究者们将这一类似CRISPR的系统命名为MIMIVIRE。【详细

值得一提的是,今年6月,发表在《中国病毒学》(Virologica Sinica)杂志上的一项研究却对Nature上的这一成果提出了质疑。研究人员称,MIMIVIRE与CRISPR/Cas系统并不相似,它并不是通过核酸识别系统发挥作用,且不太可能具备真正的适应性免疫系统的所有特性。【详细

20# Science:诺奖得主发现新型CRISPR系统

Direct CRISPR spacer acquisition from RNA by a natural reverse transcriptase–Cas1 fusion protein

2月26日,发表于Science上的这项研究中,科学家们发现,细菌具有一个可以识别及破坏危险病毒的系统,其利用了涉及核糖核酸(RNA)的一种新机制。它与捕获外源DNA的CRISPR/Cas系统非常相似。诺奖得主Andrew Fire是这一研究的共同通讯作者。【详细

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结语

受篇幅限制,经过艰(精)难(挑)抉(细)择(选),小编选出了以上20项进展与大家分享。点击【CRISPR】、【基因编辑】了解更多CRISPR技术2016年的研究进展、时政和产业动态等内容。

最后,跟踪了基因编辑技术整整一年的小编想说:“宝剪”锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。希望在科学家们的共同努力下,这一技术能够真的不负众望。

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