在基因编辑风暴

安吉洛DePalma博士。

ccl A549的照片(写明ATCC®- 185™)由Christopher下巴,马萨诸塞州综合医院。这个细胞株写明ATCC CRISPR / Cas9努力的第一个产品。

CRISPR / Cas9系统——通常缩写为“CRISPR”——一直在基因组编辑最重要的发展。CRISPR / Cas9的两个组件组成的“自导”机制指导RNA序列和Cas9、核酸内切酶。导游RNA指导CRISPR / Cas9精确位置对目标生物体的基因组,Cas9产生双链断裂的地方。

双链断裂的修复机制是容易出错,导致基因突变,禁用或敲下来。可以取代突变基因在这一阶段通过添加DNA序列配对的结束。

几乎每个人都与大学生物学专业知识可以运行CRISPR / Cas9实验。所有必要条件,为新的目标是创建CRISPR试剂合成CRISPR 20个基点引导序列。完善取得需要合成一个适当的蛋白质基因编辑工具。

在2015年年底发行名为CRISPR”的《科学》杂志上的突破。”早期基因编辑技术的普及,CRISPR亚军的地位在2014年和2013年的年终版本——记者约翰·特拉维斯写道,CRISPR“脱离,揭示其真正的力量在一系列惊人的成就。”

唠叨不相干的问题

所有生物学实验脱靶效应。CRISPR,包括定位不正确的顺序创建双链断裂,或修复机制崩溃的影响。

非目标效应有多严重?说:“它的高度讨论Kryngle Daly博士CEO KBioBox(美国马萨诸塞州伍斯特)。“这是足够严重,人们担心它,特别是对于临床应用。”CRISPR导游RNA组成的三个碱基对序列称为PAM,和20个碱基对。研究人员认为数量、位置和导游rna在目标之间的不匹配程度可能影响日常活动。不匹配在或接近PAM大大减少潜在的不相干的事件,而不匹配最后指导RNA相反的PAM允许一个不相干的事件。

2016年1月,一群麻省总医院由Keith Joung医学博士博士,发现改进CRISPR / Cas9协议,减少不必要的非特异性DNA断裂到检测不到的水平。这项发明应该大大加速CRISPR治疗的应用,同时允许更好地控制基因操作的动物,植物,细胞和微生物。

当时Joung表示他的发明,“它的影响也将是非常重要的研究应用价值因为脱靶效应可能会混淆任何实验的结果。因此,我们设想,高保真变体将取代使用标准Cas9许多研究和治疗应用。”

基础研究一直在变化的相对较高的公差。当Cas9结构进入临床试验,尤其是在活的有机体内疗法,不相干的风险应该减少到尽可能接近于零。“你必须能够预测脱靶效应及其严重性,”戴利说。“这意味着理解生物学一些额外的层深,包括非编码区域变化的影响。将这些变化扰乱关键蛋白通路,或诱导只有微不足道的变化?”

KBioBox提供了两种基于web的服务的预测脱靶效应CRISPR / Cas9实验。算法是全新的和不依赖公共算法如麻省理工学院和E-Crisp工具。KBioBox预测脱靶效应的97%;开源软件是只有约50%准确。

KBioBox“偏离目标分析”服务需要一个给定的指导RNA在不到一分钟的时间设计和报告的“十大”潜在的目标,包括位置和注释信息。称赞这项服务是KBioBox生物设计服务决定理想指导RNA设计对于一个给定的应用程序。给定一个物种、基因和预期效果,生物设计服务将计算出“十大”指导RNA设计,包含在每个设计是一个偏离目标分析报告,这样用户可以进一步选择为他们的目的。这些服务都是可扩展的,任何物种或化学(例如取得,或自定义酶)。

非目标效应并不总是不受欢迎的。科学家利用混乱的双线修复机制,导致插入和删除在网站,作为基因敲出一个简单的方法。

癌细胞喜欢变奏曲

今年1月,写明ATCC(美国弗吉尼亚州马纳萨斯),领先的细胞组织在美国标准授权CRISPR / Cas9基因编辑技术的广泛的麻省理工学院和哈佛大学。写明ATCC计划利用基因编辑技术来开发新产品和新服务以支持基本和转化研究。第一个这样的产品,针对有eml4 - alk Fusion-A549同基因的细胞系(ccl写明ATCC®- 185 - ig™)现在可供研究人员在非小细胞肺癌(NSCLC)。

写明ATCC调用许可证科学家Metewo Enuameh博士在“令人兴奋”的组织和它的客户。“基于结果在基因编辑领域,一般认为CRISPR更容易使用比其他基因编辑方法像ZFNs(锌指核酸酶)和取得。”

癌症细胞系A549是一个标准的研究非小细胞肺癌,特别是对于药物筛选。“我们添加了一个基因组重排,发生在非小细胞肺癌患者的一个子集。“在测试新的细胞系对抗癌药物与细胞直接取自这非小细胞肺癌患者。

“细胞提供了一个功能体外读出,”Enuameh补充道。“美是,我们现在有一个突变细胞系,可为药物筛选相比,父母行。”

CRISPR基因编辑平台的节省时间的性质可以更快地创建具有精确控制模型试验系统所需的突变。

在某些癌症,子集敏感或耐药的患者存在各种抗癌疗法。发现这些基因变异,写明ATCC将使用CRISPR生成新的细胞系具有阻力或易感性抗癌疗法,这将使药物开发人员测试各种化合物对细胞的影响,携带这些突变。

这对个性化医疗发展拥有巨大的影响。基于知识通过筛选研究和病人活检,未来的医生可以开出的药物,将最有可能帮助病人,并避免无效的治疗提供救济和不得介绍毒性。

而不是诊断和治疗非小细胞肺癌患者的标准治疗,变异基因编辑理念将允许快速筛选的药物和治疗方法根据患者的基因组成。“药物治疗会变得更加科学,”Enuameh说。

敲入:更常见

安雅史密斯博士研发总监Dharmacon(通用电气公司;美国科罗拉多州丹佛市)解释说,“我们历史上有试剂击倒或过度表达的基因。CRISPR-CAS9允许完整的淘汰赛。“更复杂的自定义基因组工程,包括敲入,需要一个模板修复CRISPR造成的破坏。这允许替换或疾病相关的插入突变,例如生产胰岛素不足或凝血因子。击倒成为双链的混乱气氛打破常规。

Dharmacon迄今为止更关注击倒,在哺乳动物细胞更有效。即将到来的产品将包括敲入的工具。

敲入也更复杂,因为他们使用CAS9 CRISPR的RNA组件创建双链断裂。但在捐赠者模板的存在,一部分是同源双链断裂发生地区,所需的捐赠者序列插入双链断裂。

“敲入不是非常高效的哺乳动物细胞,”史密斯说。“试剂和协议,提高休息/插入过程的效率也将提高敲入效率。”

CRISPR / Cas9敲入可能收到的大部分出版社,但许多研究人员感兴趣的淘汰赛为功能基因组学研究。例如,许多研究已经证明在淘汰赛中哪些基因在人类细胞至关重要。

敲入更优雅,因为他们产生根本性的,永久的基因变化。临床应用涉及遗传疾病的修正或插入基因治疗蛋白质可能是多年。然而几家公司使用敲入免疫疗法的协议的一部分。

对器官直接敲入的问题是系统性的基因疗法的困难。暂时体外治疗更有意义。在这个模型中,免疫系统细胞从病人和转基因肿瘤表面抗原。一旦他们re-infused“教”患者的免疫系统攻击患者的肿瘤。

另一个潜在的应用程序是异种移植,迄今为止已经成功将器官排斥。使用CRISPR,可能会摧毁一个基因在动物器官,引起host-vs。接枝反应。然而,extremecare必须用这些方法,因为他们能够将内生动物病毒转移到人类。

基因编辑在临床试验中

基因编辑基于取得(转录activator-like效应核酸酶)和锌指核酸酶同样得到了令人鼓舞的成果在免疫疗法对癌症和艾滋病毒。鉴于这些疗法的极高的预期成本如果他们批准,很可能免疫疗法公司新进入的领域会更简单,更便宜的CRISPR / Cas9。

安雅·史密斯说,“原因是当你目标基因与ZFNs“X”,取得工程师必须的蛋白质复杂的一部分,这是非常昂贵和耗时。研究者常常必须测试几个版本的蛋白质才找到一个工作。如果你想目标基因“Y”你必须重新开始。”

CRISPR / Cas9是唯一基因编辑技术,允许“基因”,一个理想的基因的两个拷贝的过程可能是插入。举个例子,在2015年晚些时候在集团领导的加利福尼亚大学的教授安东尼•詹姆斯使用CRISPR / Cas9工程师无法携带疟疾寄生虫的蚊子。据报道99.5%的转基因蚊子的后代表现出理想的特质。没有额外的帮助这些蚊子很可能会与野生non-engineered蚊子繁殖,从而减少疟疾耐药性50%每一代人。经过几代的特质就会消失。加州调查员采用基因驱动,创建“自私”版本的抗疟基因,这两份抗疟基因传递给后代。

安吉洛DePalma是一个自由作家生活在牛顿,新泽西,美国。