没有可伸缩性,CRISPR不会实现的承诺

在过去的十年里,兴奋的承诺CRISPR-based基因编辑已很普遍。它可以采用任何生物体,使该方法用于解决广泛的科学挑战。

但普遍热情我们看到不应被误认为是同样广泛的技术成功。CRISPR一直是一个挑战来实现由于范围的局限性。作为一个社区,我们必须留出兴奋看一个清晰的障碍需要克服CRISPR才能实现我们相信它的潜力。

技术挑战

一些实验室已经非常有效地部署CRISPR。这些实验室往往极其资金雄厚,与大量的专用CRISPR专家人员。在大多数实验室,实现CRISPR是一场斗争,常常是没有解决。站起来高容量CRISPR管道在设计过程中需要的技能和专业知识用于构建指导rna,核酸酶和磁带。比严格的试错的方法更常见,健壮的实验协议。

无计划的技术并不是唯一的问题。仔细跟踪与监控编辑从CRISPR-based实验得出结论的关键。但可靠的跟踪能力就变得不那么可行作为科学家推动边界的复杂性,编辑,或多路组合编辑。当复杂的编辑完成许多迭代周期随着时间的推移,跟踪数据为每一个编辑几乎是不可能维持。然而,这些信息是必要的为了解开CRISPR编辑的全部潜力数据驱动的基因组发现和工程。当涉及到应用于人类健康和工业生物技术,准确跟踪的重要性不能被夸大。

可伸缩性

除了设计和跟踪的挑战,我相信我们所面临的最严重的问题在今天的CRISPR工作流的规模。挑剔的技术和不可靠的协议不适合吞吐量的急剧增加和编辑需要的规模。今天未能克服有限的可伸缩性将无法使用此编辑工具我们想象来解决面临的一些最大挑战我们的星球和我们的人口。

生物实验和研究扩大在最近几十年,这很大程度上要归功于生物工程和系统生物学的进步,科学家们面临着几乎无限的场景,必须测试快速发现更好的解决方案。缺乏流利自然的规则,我们不具备工程师生物学从第一原理,我们将在其他工程学科。相反,我们必须进行实证探索一个巨大的设计空间在非常高的吞吐量。

今天,它既不可行也不负担得起的干预一个基因组,说,成千上万的位点与任何更复杂的比使用有限基本编辑器或简单的淘汰赛屏幕。因此,我们测试的一个小子集的可能性,希望,理想的结果恰好落在这个狭窄的范围。这是赌博,不是科学。

让我们看看如何发挥在常见的实验。

• 示例# 1:你已经回顾了科学文献和数据库,收集几千的列表相关的不同大小的变异。以确定哪些可能是因果的特质或表型你学习,你需要概括这些突变放在干净的背景。目前这是不可能的。甚至实验室深资金来源无法测试超过几百的,它需要相当大的成本和时间。
  
  
• 例2:代谢工程师正在进行大规模的蛋白质诱变实验。这将需要实现几千氨基酸变化在许多基因位点与一个特定的特征有关。但与传统的工具,科学家们可以针对只有几个位置。

有无数的例子,但这些给快速编辑说明我们是多么有限的实验。允许CRISPR规模来满足这些常见的需求需要大幅增加大小,数量,类型和组合的编辑。社区需要可靠、主力高编辑方法,可以产生巨大的规模,以及建立序列的能力介绍多路组合编辑/函数关系。编辑组合在许多迭代周期的关键蛋白质工程师以及植物和动物饲养者。

展望未来

CRISPR正在推动基因组生物学中一个非常重要的转变,从一个观察的介入学科可以阐明因果关系。改变系统在基因水平和分析功能的影响将大大扩展我们的生物学知识,提供关键的见解,将使我们能够提高作物产量,改善人类和动物的健康和生产经济重要材料更高效和可持续的方式。

但我们将无法实现这些结果没有重大改进CRISPR技术。我们必须共同努力,强化和自动化流程所需CRISPR编辑工作流程,开发新工具的设计和跟踪能力,将创新从信息学和机器学习对大规模数据进行挖掘和充入管道在未来实验更好的编辑。我相信所有这些进步都是可能的,和他们一起将启用全新的成就在基因组工程。

执行主任理查德·福克斯博士是数据科学Inscripta, Inc .)