CRISPR:新兴应用基因组编辑技术

新基因编辑工具改变疾病模型和未来的治疗

CRISPR基因编辑在生物医学研究中掀起了一阵风潮。为遗传操作提供最终的工具箱,许多新申请这项技术正在调查和建立。CRISPR系统已经具备出众的遗传模型基本疾病研究、药物筛选和治疗的发展,快速诊断方法,体内遗传条件的编辑和校正,现在第一个CRISPR的人临床试验。

持续的专利争夺战CRISPR-Cas9许可权利和新出现的编辑系统,如Cpf1迄今为止没有缓慢的进步CRISPR-Cas9主要基因编辑系统。有每周新闻发布和更新新的进展和发现用这种技术成为可能;第一个证据是现在新兴CRISPR-Cas9可以提供治疗重大疾病包括癌症和毁灭性的人类病毒等hiv - 1。

CRISPR-Cas9的吸收的关键是它易于应用和设计,与重新定位目标的设计新的指导RNA。它已迅速超越取得(转录Activator-Like效应核酸酶)和ZFNs(锌指核酸酶)编辑,现在可能CRISPR,以前非常复杂和耗时。以及纠正基因突变与scar-less修改,与CRISPR-Cas9可以控制整个基因的表达提供长期表达改变与RNAi等其他方法。

CRISPR-Cas9系统、工具和基本方法很容易准备好工具包,任何实验室空间和一个想法可以捡起并开始使用。这是多亏的努力Addgene和商业服务和产品提供商。除了CRISPR研究同伴有创新技术和设计软件。为了应对不断增长的需要,公司等桌面遗传学开发了开放获取软件加速CRISPR实验和分析。

这不是关于CRISPR-Cas9。像Cas9, Cpf1 DNA-targeting CRISPR酶也招募目标站点的序列同源性,但在网站上略有不同需求。Cpf1高效、非常具体的报道人类细胞,较低的非目标乳沟Cpf1暗示作用的治疗应用。Cas13a是RNA-targeting CRISPR酶有望成为一个快速诊断工具。与Cas9不同,酶继续削减RNA后执行其预期目标,特点开发诊断技术一直是喜欢的Zika病毒和登革热病毒。夏洛克背后的集团(具体高灵敏度酶记者解锁)相结合的“间接效应”Cas13a等温扩增和生产快速DNA或RNA检测与单碱基错配attomolar敏感性和特异性。

CRISPR编辑干细胞——最终的疾病模型

CRISPR活动特别活跃区域patient-derived干细胞的遗传操作来创建模型的疾病包括帕金森病、囊性纤维化、心肌病和缺血性心脏病,等等,不一而足。研究人员与CRISPR现在可能正确的致病突变patient-derived多能干细胞创造同基因的细胞系分化感兴趣的任何细胞类型疾病的研究。产生这些同基因的线使它是可能的,第一次明确地显示疾病表型的基因突变的贡献。

丽丝博士Munsie多能干细胞项目CCRM加拿大,非盈利组织支持的基础技术的发展支持细胞和基因疗法的商业化,和再生医学。

“现在基因编辑技术提供了无限的基因干细胞操纵的灵活性。你可以在任何地方目标基因组中相对轻松地,让它scar-less”, Munsie博士说。

Munsie博士的计划是利用CRISPR-Cas9生产记者细胞系(例如与荧光蛋白基因插入到目标)和同基因的线从病人万能。在干细胞与Cas9 CRISPR-Cas9介绍核酸酶表达的质粒DNA或蛋白质纯化Cas9和组件引入到细胞转染或电穿孔。

Bjorn Brandl博士和他的同事在实验室综合生物学中心的皮毛一体Psychiatrie德国,Universitatsklinikum石勒苏益格-荷尔斯泰因州也使用干细胞基因编辑生成模型系统为研究复杂的神经系统疾病如帕金森病和运动障碍,纠正患者的突变线和在控制中引入这些突变细胞线。

研究“CRISPR最大的贡献之一是能够创建同基因的干细胞系。通过这些,我们可以创建相关疾病模型与近乎完美的消极控制同一基因组上下文不同只在该地区的利益。我们的目标是比较疾病患者行纠正行通过诱导多能干细胞分化成神经元和研究的表型差异。在生物医学领域,我们目前有再现性危机,所以清洁和有效的工具像同基因的多能干细胞线,我们可以改善我们的研究结果的再现性和有效性。最大的挑战之一正在与精致的干细胞成功所需的操作和更多的敏感基因编辑相比标准细胞系”。

“CRISPR已经颠覆了细胞生物学是如何接近完成。能够复制/粘贴DNA基因组介绍了很多方面的思考一个问题。基因组编辑工程引入细胞生物学工具箱。”Brandl博士说。

抗生素CRISPR给急需的提振对抗抗生素耐药的细菌

现在以惊人的数量的细菌耐药最有效的抗生素。抗生素耐药性危机得到应有更多的关注由于倡议的谁,联合国,不错的和其他人,但事实上,情况已经十多年的关键。没有新的抗生素的制药公司在过去10年,其发展的兴趣减弱了。制药公司不愿投资所需的大量开发新抗菌素,因为不可避免的耐药菌株,将迅速和随后的限制他们的使用保护功效。

简言之,我们需要一个奇迹,但答案可能来自CRISPR。等公司“复仇者”生物科学和Eligo生物科学正在开发抗菌技术和CRISPR治疗成为可能的技术。这两种技术使用修改噬菌体作为CRISPR-Cas9基因运载工具编辑系统目标和灭活或毒性基因抗性基因本身,保留其余的微生物。

对手生物科学使用CRISPR目标已知的细菌耐药性基因原位禁用它们和re-sensitise毒性细菌使现有抗生素有效了。首席执行官弗兰克Massam博士“复仇者”生物科学解释说,“杀死细菌刺激电阻突变——我们认为它更有意义灭活细菌抵抗抗生素的能力,因此使现有抗生素的工作了。这种方法也意味着新开发的抗生素资产可以免受阻力,从而提高制药公司的投资回报率,所以再次使抗生素发展有吸引力”。

对手生物科学的“共生”是基于修改CRISPR-Cas9使高度多路复用导RNA的目标。“我们的第一个表达式磁带编码链球菌Cas9 + CRISPR数组编码指南rna可以目标beta-lactamase基因的失活的家庭成员。我们称之为VONCKIST家庭,这些都是:VIM, OXA, NDM, CTX-M,小鬼,SHV和TEM。beta-lactamases编码,这些家庭能够降低> 100不同种类的抗生素beta-lactam”Massam博士说。

共生是由噬菌体“Transmids”——基于噬菌体的运载工具架构,提供DNA,然后下降。一旦共生细菌内部,然后进一步蔓延的接合编辑细菌遇到别人,剩下的看不见的免疫系统。这提供了治疗性应用程序以及预防性的益生菌交付系统解除antimicrobial-resistant细菌的微生物。该技术适用于所有细菌,抗生素类和所有已知的耐药机制和“复仇者”最初针对耐药大肠杆菌体内测试。

传统的小分子抗生素目标守恒的细菌细胞通路或生长函数,因此不能有选择地杀死特定的一个复杂的微生物种群的成员。Eligo生物科技的旗舰技术”SSAMS eligobiotics”,使用重组Cas9针对细菌毒性或抗性基因由phagemids产生毒性的选择性杀死和抗生素耐药细菌,让所有其他细菌的影响。Eligo平台是用于其他微生物应用程序包括原位检测特定菌株生活在复杂的微生物样品和原位表达治疗蛋白质调节和工程师host-microbiome交互。

CRISPR-based疗法

CRISPR-based治疗人类疾病的药物可能带来深远的好处,但是仍然有许多障碍要克服。尽管CRISPR系统的高度特异性,感应的非标靶基因突变网站除了目标,仍然是一个主要问题特别是在治疗遗传疾病的应用程序的上下文中,使用CRISPR还有相当大的安全担忧。化验调查目标(目标)和意想不到的(非标靶)的影响CRISPR指南在体外和体内模型还处于幼年期。第二个主要的挑战是CRISPR-Cas9交割的安全载体系统的发展对人类细胞体内。

尽管如此,令人兴奋的应用程序中正在取得进展CRISPR基因编辑遗传疾病的治疗,只有对症治疗,如视网膜肌病证明复苏已经被报道在老鼠模型中,然后呢杜氏肌萎缩症,疾病表型逆转在小鼠细胞体内。我们也会很快的完成第一个临床试验使用CRISPR试图纠正体内遗传缺陷,热切期待的结果。

CRISPR的未来

有越来越多的研究人员从多学科合作将雄心勃勃的CRISPR-based洞察力,技术和治疗诊所。随着CRISPR继续进行技术改进,这些应用程序的前景继续看好,他们迅速移向现实。

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