生物学家开发人类胚胎干细胞的有效基因修饰

生物学家已经开发出一种对人类胚胎干细胞进行基因改造的有效方法。他们的方法是使用细菌人工染色体来交换有缺陷的基因副本，这将使干细胞系的快速发展成为可能，这些干细胞系既可以作为人类遗传疾病的模型，也可以作为筛选潜在治疗方法的试验台。

“这将有助于开辟整个人类胚胎干细胞领域。否则，你真的没有什么有效的方法可以用它们来研究遗传学，”加州大学圣地亚哥分校的生物学教授杨旭说。他指导了这项研究，该研究由加州再生医学研究所资助，该研究所是加州干细胞研究机构，在71号提案通过后成立。

徐和共同作者Hoseok Song和Sun-Ku Chung都是徐研究小组的博士后，他们在1月8日的《细胞干细胞》杂志上描述了他们的技术。

徐说，大多数改变细胞基因组成的尝试都被证明效率太低。他的研究小组使用细菌人工染色体(BACs)来提高产量。

BACs是合成的人类DNA圈，细菌会像复制自己的原生染色体一样复制它们。商业上可用的BACs可以在细菌细胞内进行修饰，以插入特定基因的改变副本。一旦修改后的BACs被引入人类细胞，它们有时会与人类染色体的匹配片段配对，并交换DNA片段，这一过程被称为同源重组。

使用BACS改变人类细胞遗传密码的优势来自于修饰基因两侧的长侧翼序列，这增加了BAC与原生DNA排列在交换位置的机会。其他遗传方法受到DNA短段的限制。

使用BACs，该团队能够在20%的处理细胞中替换修改过的基因。徐教授说，基因修饰的标准方法通常只在不到1%的细胞中实现修饰。

他的研究小组成功地将抑制癌症的p53基因的一个有缺陷的副本转移到人类胚胎干细胞系中。通过在第二轮重复这一过程，他们培育出了一组基因副本都被破坏的细胞。

他们还报告了一种不同的基因ATM的成功，这种基因在人类身上发生突变时，会导致共济失调-毛细血管扩张症，这种疾病的特征是一系列系统性缺陷，包括癌症风险增加、特定类型的脑细胞退化和端粒退化(每条染色体末端的保护帽)。

带有两个坏的ATM基因副本的基因工程小鼠与人类患者有一些相同的特征，但不是全部。例如，ATM小鼠的神经元不会退化，而且端粒很长。“如果你想研究端粒加速缩短，你不能在老鼠身上做。你只能在人类细胞中进行。”

这些差异促使徐的团队转而开发人类细胞系，希望在人类患者身上出现问题的一些过程可以在实验室中进行研究。他们已经证明了他们的atm缺陷胚胎干细胞系已经破坏了端粒。徐说，其他特征，如特定类型神经元的退化，将是未来实验的主题。

作者说，他们的方法可以很容易地适用于修改其他干细胞系中的其他人类基因。在他们最初的工作中，Xu的团队使用了一种很容易从单个细胞形成新菌落的细胞系，但他们也在一种被证明很难操纵的H9细胞系中重复了这一过程。

由于H9是联邦政府资助的研究人员在2009年12月中旬批准新细胞系之前批准使用的少数细胞系之一，许多研究人员已经在诱导细胞分化成特定类型的组织方面有相当丰富的经验，例如，这将使基因改造它们的能力特别有价值。