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Science 刊文 “基因魔剪”有望更快更准

2017/10/05 来源:生物探索
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导读
9月29日,瑞典Uppsala大学的研究团队在Science上发表了一项新研究,对“基因魔剪”CRISPR-Cas9如何在基因组中搜索特定靶序列的过程进行了揭秘,研究结果有望将这把基因魔剪改进得更快更准。


图片来源 网络

不到十年,CRISPR-Cas9就已经彻底改变了生物学研究——它让更正或修改任何DNA序列成为可能。这把“基因魔剪”也使遗传病有了治愈和预防的希望。

既然比作一把“剪刀”,当然是越快越好使。而瑞典Uppsala大学的这项最新研究结果,正好可以提高“基因魔剪”的性能,让它使用起来更快、更可靠。

测量基因魔剪找到靶序列要多久


“基因魔剪”CRISPR-Cas9如何起作用 图片来源网络

Cas9令人兴奋的地方是这个分子可以加入人工的基因编码,然后它会在基因组中寻找这个人工编码的相应序列。

大多数搜索DNA密码的蛋白质只能通过检测DNA双螺旋的外部结构来识别一个特定的序列。但Cas9可以搜索任意的代码,在正确的地方它需要打开DNA双螺旋结构和将序列和人工编码进行比较。这项研究的负责人Johan Elf说:“令人难以置信的是,它可以在不使用任何能量的情况下搜索整个基因组。”

研究人员已经开发了两个新的方法来测量Cas9需要多久找到它的靶序列。第一种方法表明,它搜索整个细菌基因组(即通过四百万个碱基对),需要六小时。这个结果也可以通过第二种独立技术加以验证。研究人员通过测量实时Cas9分子标记,所发现的时间也是符合的:Cas9测试每一个位置至少要30毫秒

这个过程有望加快

Johan Elf说:“结果表明, Cas9为其灵活性付出的代价是时间。为了更快地找到目标、用更多的Cas9分子寻找同样的DNA序列是必要的”。

为了在一个合理的时间内让Cas9找到正确的序列,可以提高它的浓度。但这会造成细胞中的严重问题,由于搜索过程的机理现在已经被理解,找到了关于系统如何改进的重要线索。通过牺牲Cas9的一部分灵活性,这将有可能设计出医学上可用的基因魔剪,足够编辑各种基因的同时,速度更快。

Elf指出该结果为研究人员们提供了如何实现这种解决方案的线索,其关键是在于 “PAM序列”,这个序列确定在何处以及Cas9打开DNA双螺旋有多频繁。如果让基因魔剪不需要多次打开螺旋以找到目标,不仅速度会更快,还能减少副作用的风险。

参考资料

1) Kinetics of dCas9 target search in Escherichia coli

2) How molecular scissors cut in the right place

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