Cell:CRISPR技术加快转基因小鼠模型构建

　　Whitehead研究所的研究人员利用基因调控系统CRISPR/Cas，仅需一步操作就可将报告基因和条件性等位基因转入小鼠基因组中。目前生成包含如此复杂工程等位基因的动物只需数周而非数年的时间，科学家可快速利用这些动物来构建疾病模型及研究基因功能。这一突破性的研究发表在《细胞》(Cell)杂志上。

　　认识CRISPR技术

　　2007年，来自丹尼斯克公司的科学家找到了一种能增强细菌防御噬菌体能力的方法。这一发现使得杜邦公司能够为食品生产培育更强壮的菌株。一些基本的原理也被揭示：细菌具备一种有高度适应性的免疫系统，使得它们能击退来自某种噬菌体的多次进攻。

　　突然之间，不仅是食品科学家和微生物学家，很多领域都意识到细菌免疫系统的重要性，因为它具备一个非常有价值的特性：以某个特定的基因序列为目标。今年1 月，4个研究团队报告了这一被称为CRISPR的系统。在接下来的8个月中，许多科研团队利用它来删除、添加、激活或抑制人体、老鼠、斑马鱼、细菌、果蝇、酵母、线虫和农作物细胞中的目标基因，从而证明了这个技术的广泛适用性。

　　美国哈佛大学的George Church说，生物学家最近开发了一些新方法来精确操纵基因，“但CRISPR的功效和易用性在各方面都更胜一筹”。Church的实验室是首批将该技术应用于人体细胞的实验室之一。

　　基于CRISPR，科学家构建人类疾病小鼠模型的速度要比之前快得多，研究单个基因则更为快速，能立刻容易地改变细胞中的多个基因，以便研究它们的相互作用。但是今年研究CRISPR的热潮可能会减退，因为这种方法的局限性开始显现。但Church和其他CRISPR的先驱者已经成立了公司，希望利用这项技术治疗遗传性疾病。美国波兹曼市蒙大拿州立大学生物化学家Blake Wiedenheft说：“我不认为有任何领域的任何例子能够说明这项技术发展得过快。”

　　利用CRISPR/Cas生成条件性小鼠

　　Whitehead 研究所创始人Rudolf Jaenisch说：“我们以往曾利用CRISPR/Cas来突变基因，但却无法预测这些靶向突变的特性。现在我们可通过两次切割定义特异性的缺失。我们可以一步生成条件性的小鼠，轻易及非常有效地插入达3000个碱基对的DNA片段。而过去要构建这样的小鼠则需要开展更多的工作。”

　　科学家们近期通过利用CRISPR/Cas机制，快速有效地改变了小鼠和人类细胞的基因组。然而直到现在，研究人员才利用CRISPR/Cas来构建遗传研究最有用的一种工具：条件性突变小鼠。

　　一个条件性突变小鼠基因组中，包含有一个或一组可利用一种特定信号来开启或关闭的基因。通过开启或关闭这些基因，科学家们可以梳理某些基因在生物学功能和疾病中的作用。

　　此前，科学家们构建这样的模式生物需要利用胚胎干细胞(ESCs)，且要经历一个复杂且耗时的过程。不幸的是，科学家们只能有效操控小鼠和大鼠的这些ESCs，这一限制阻碍了这类研究。

　　CRISPR/Cas加快基因修饰动物的构建速度

　　利用CRISPR/Cas，Jaenisch和他的实验室构建出了带有条件性等位基因的小鼠，以及携带着多个标记基因能够报告这些基因是否正在表达的小鼠。

　　研究人员的实验还减轻了人们对于CRISPR/Cas脱靶活性的忧虑。

　　论文的共同作者、Jaenisch实验室研究生Chikdu Shivalila说：“近期在人类癌细胞系中的一些研究提出了关于CRISPR/Cas特异性的担忧，我们的研究表明非特异性的DNA切割有可能会发生，但它们是少见和可以预测的。”

　　Jaenisch实验室的最新研究工作为未来的研究开辟了一些新途径。

　　论文的共同作者、Jaenisch实验室博士后研究人员Hui Yang说：“在这项研究中我们描述的这些方法将大大加快构建基因修饰动物的速度。我想利用这种方法借助于CRISPR/Cas来构建出复杂疾病的模型。”

　　由于CRISPR/Cas不依赖于ESCs，可以利用它来对包括家畜在内的任何动物进行遗传改造。

　　论文的共同作者、Jaenisch实验室博士后研究人员Haoyi Wang说：“我们还没尝试过，但我想通过改造这一CRISPR/Cas系统，从而在大型动物中实现基因组工程操控，例如利用灵长类动物构建疾病模型，利用牛来满足农业用途。”