基因“剪刀”可加速特定基因遗传

CRISPR可以增加雌性实验小鼠将特定基因传给后代的可能性。资料来源:ISTOCK

最近，研究人员首次使用CRISPR，一种被称为基因剪刀的基因组技术，来加速哺乳动物特定基因的遗传。这种备受争议的基因驱动策略几年前在实验室饲养的昆虫中得到证实。因为它能在整个物种中迅速传播基因，从而激发人们使用致命基因杀死疟疾蚊子和其他害虫的梦想。目前，被破坏的物体还可能包括破坏庄稼或可能导致疾病的哺乳动物，如兔子和老鼠。

然而，这项新研究的目的是创造新的实验小鼠物种，而不是破坏野生种群，这表明基因驱动对啮齿动物的效果不如对昆虫的效果好。然而，澳大利亚阿德莱德大学的分子遗传学家保罗·托马斯说，这是“哺乳动物基因驱动技术的重要的第一步”。

最近，加州大学圣地亚哥分校的遗传学家金伯利·库珀(Kimberly Cooper)团队发表了一项关于bioRxiv的研究，这是一种预印的服务器。该团队包括伊森·比尔和瓦伦蒂诺·甘茨，三年前他们证明了CRISPR技术可以对果蝇进行有效的基因驱动。该团队表示，他们已将研究结果提交给同行评议杂志。

"这是一项非常好的研究，意义重大。"澳大利亚堪培拉约翰·科丁医学院的老鼠遗传学家盖特·安布尔吉奥说，“我们对啮齿动物的遗传驱动一无所知。我们都认为它像苍蝇一样高效，但结果却大不相同。”

加州大学圣地亚哥分校的研究人员设计了携带脱氧核糖核酸切割酶Cas9的雌性老鼠和携带导向核糖核酸(gRNA)grna的雄性老鼠，这种核糖核酸可以将Cas9运送到基因组中的特定目标，外加一种可以改变皮毛颜色的基因。Cas9和gRNA是CRISPR的两个组成部分。

切割Cas9后，细胞将修复损伤，这是基因驱动成功的关键。这种细胞既可以重新连接切断的DNA链，也可以插入新的DNA片段来弥补缺口，这一过程被称为同源定向修复(HDR)。

研究人员利用一种基本的生物现象迫使细胞接近HDR。在减数分裂过程中，它们控制着Cas9。这种细胞分裂过程有助于产生精子或卵子。在减数分裂过程中，染色体自然交换DNA，在这些交换过程中，细胞只允许进行HDR。

结果表明，该策略对雄性小鼠无效，可能是因为精原细胞在减数分裂前经历了正常的有丝分裂。但是在雌性老鼠中，基因驱动是成功的。它将许多卵细胞的发色基因复制到配偶染色体上，这将显著增加后代继承该基因的可能性。

在雌性小鼠中，79%的卵细胞最终在两条染色体上都携带了发色基因。如果它和一个没有基因的雄性交配，大约90%的年轻一代将会继承这个基因。库珀等人写道，这种策略可以加速导入或破坏基因的小鼠的培养。

世界上最大的转基因老鼠生产商杰克逊实验室的技术评估和开发部门的负责人迈克尔·怀尔斯说，这种方法可能“非常有用”。许多人类疾病是由几个基因变异引起的，制作老鼠模型来模拟这些疾病是缓慢而困难的。怀尔斯说，有了这样的基因驱动技术，五年的工作可以在一年内完成。

尽管这项新研究的目的仅仅是设计实验室老鼠，麻省理工学院的进化生物学家凯文·埃斯维特说这让他很担心。他认为这种技术形成的老鼠可能会被释放到野生环境中，从而造成不良影响。"令人不安的是，这项研究没有明确提到安全措施."埃斯维特说。

然而，经过几代之后，基因驱动因子可能会停止在老鼠群体中传播。因为卡斯9和gRNA基因在不同的染色体上，它们会逐渐分离并变得无效。在预印文本中，研究人员强调了为野生哺乳动物创造高效基因驱动的持续挑战。他们总结道:“现在乐观或担心基因驱动将很快被用于减少野生入侵啮齿动物的数量可能还为时过早。”(艺鹭)

中国科学新闻(2018-07-12第二版国际版)