CRISPR/Cas9 基因編輯技術(shù)問世以來已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。利用這一技術(shù)開發(fā)的基因療法在醫(yī)療健康領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用前景。CRISPR/Cas9 技術(shù)能夠?qū)蚪M在指定位點進行基因編輯，但是對這項技術(shù)的一個常見的憂慮是擔心基因編輯會在不該出現(xiàn)的地方發(fā)生。日前，英國巴斯大學 (University of Bath) 和卡迪夫大學 (Cardiff University) 的研究人員利用合成生物學 (synthetic biology) 技術(shù)開發(fā)出一種新型 Cas9 核酸酶。它讓 CRISPR/Cas9 基因編輯系統(tǒng)的活性受到一個低成本、豐富、無毒的氨基酸的調(diào)控，從而讓 CRISPR/Cas9 技術(shù)更為安全可控。這項研究發(fā)表在最新一期的《Scientific Reports》期刊上。
CRISPR/Cas9 技術(shù)的重要一環(huán)是名為 Cas9 的核酸酶，它能夠切斷雙鏈 DNA，從而介導基因編輯的產(chǎn)生。理想的 Cas9 應(yīng)該在需要完成基因編輯任務(wù)時表達，在完成基因編輯任務(wù)后失活。在調(diào)控 Cas9 核酸酶活性的研究領(lǐng)域，科學家們已經(jīng)獲得了重大進展，目前 Cas9 核酸酶的活性可以被光、溫度、以及抗生素調(diào)控，但是這些調(diào)控手段都有不同的缺陷。例如，利用抗生素調(diào)控的 Cas9 核酸酶通常無法完全抑制 Cas9 的活性，而且使用抗生素可能影響動物的微生物組，從而產(chǎn)生其它的副作用，并且可能導致自然界中的細菌產(chǎn)生對抗生素的抗性。
巴斯大學和卡迪夫大學的研究人員利用了合成生物學中基因密碼子擴展 (codon expansion) 技術(shù)生成了一種新型 Cas9 核酸酶。自然界的蛋白由 20 種天然氨基酸組成，而細胞的蛋白合成機制利用 64 種基因密碼子來完成蛋白合成過程�；蛎艽a自擴展技術(shù)將特定密碼子與非天然氨基酸配對，讓細胞在合成蛋白時在特定位點加入非天然氨基酸，從而賦予蛋白新的功能。
▲本研究的設(shè)計（圖片來源：《Scientific Reports》）
在這項研究中，研究人員將原本編碼中止信號的“UAG”密碼子與一種名為 BOC 的非天然氨基酸配對，他們同時在編碼 Cas9 蛋白的基因序列中引入 UAG 密碼子。這導致這種新型 Cas9 蛋白的合成時需要環(huán)境中存在 BOC 氨基酸，如果 BOC 氨基酸不存在，那么 Cas9 蛋白就無法合成，CRISPR/Cas9 基因編輯系統(tǒng)就沒有活性。而在環(huán)境中加入 BOC 氨基酸則會導致 Cas9 蛋白的合成，激發(fā)基因編輯系統(tǒng)的活性。
利用體外細胞培養(yǎng)模型和轉(zhuǎn)基因小鼠模型，研究人員證明了這種新型 CRISPR/Cas9 基因編輯系統(tǒng)只在 BOC 非天然氨基酸存在的情況下才會表現(xiàn)出基因編輯活性。這種調(diào)控系統(tǒng)的優(yōu)勢在于它可以中止 Cas9 蛋白的產(chǎn)生，從而在不需要基因編輯的情況下完全抑制 Cas9 核酸酶的活性。而且 BOC 氨基酸是一種賴氨酸的衍生物，它無毒、豐富、成本低、而且不會對環(huán)境產(chǎn)生不良影響。
“從生物醫(yī)藥到食品安全，基因編輯在生命科學的多個領(lǐng)域中具有巨大的潛力，”文章的負責人之一，卡迪夫大學的蔡羽軒博士說：“BOC 提供了一種前景看好的調(diào)控基因編輯的方式。我們將繼續(xù)努力完善這一創(chuàng)新基因編輯系統(tǒng)�！�
參考資料：
[1] A novel switch to control genome editing
[2] Switchable genome editing via genetic code expansion
本文轉(zhuǎn)載自：藥明康德