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高保真基因组编辑:创新的干细胞技术

高保真基因组编辑:创新的干细胞技术

有时生物学很残酷,在健康和致命疾病之间,往往只有一个遗传密码的差异。科学家一直试图在人类干细胞上研究这些微小突变,但是如何在干细胞中诱导产生这些突变一直是个难题。目前,研究界和医药领域面临着一个最为紧迫的问题:如何准确有效地捕获罕见致病突变,以及怎样对其进行修正。

现在, 格莱斯顿心血管疾病研究所(Gladstone Institute of Cardiovascular Disease)的科学家开发出一种方法能够有效的编辑人类基因组,该方法不仅能够帮助科学家进行基础研究,还能有望通过修复病人基因组中的"bug"来治疗疾病。这一技术不仅能增强人们在干细胞中模拟疾病的能力,也为修改遗传密码进行治疗奠定了基础。

领导这一研究的 Bruce Conklin 博士表示:“随着遗传学技术的进步,人们发现了数以百计与人类疾病有关的遗传学突变,不过迄今为止我们还缺乏研究它们的有效方法。为此,我们需要利用强力有效又精确的工具,以实现一个碱基一个碱基地编辑人类基因组。我们的新技术就是这样的一种方法。”

研究遗传学疾病的一个主要挑战在于,致病突变出现的频率可能低至 1%,使得寻找和研究它们非常麻烦。

论文第一作者 Yuichiro Miyaoka 表示:“我们需要一个有效方法,能够在数以百计的正常细胞中鉴定单个突变。为此,我们设计了特异性的荧光探针,这些探针能够将突变序列与原始序列区分开。然后,我们再对两种序列的细胞进行分选和检测。即使每一千个细胞中只出现一个突变,我们的技术也能够检测得到,灵敏度比传统方法高一百倍。”

研究团队将这一新方法应用到诱导多能干细胞中。这些 iPS 细胞源自人类患者的皮肤细胞,与患者细胞拥有同样的遗传学组成,包括了任何潜在的致病突变。研究人员通过基因编辑技术 TALEN ,向基因组引入特定突变。

一些基因编辑技术,虽然能够有效修改遗传密码,但其使用的标记会在新编辑的基因组上留下“疤痕”。而这些疤痕会影响后代细胞,令之后的分析更为复杂。 TALEN 可以进行无痕迹的单碱基编辑,不过这样的编辑事件比较罕见,需要用到 Conklin 实验室开发的新技术。

Conklin 表示:“我们的新技术,能够有效捕获和放大极为罕见的突变。这种高效高保真的方法,为之后的遗传学研究打下了良好的基础。”

(未参与该研究的)加州大学伯克利分校的分子与细胞生物学系助理教授 Dirk Hockemeyer 评价道“现在有不少类似 TALEN 这样的强力基因编辑工具,我们需要将这些工具用到干细胞研究中去,新方法将大大促进这一过程。”

Conklin 补充道:“我们面临的许多最具破坏性的疾病,都是由微小的遗传学改变引起的。我们希望这一新技术,能够帮助人们逆转这些有害突变,修复遗传代码。”

原文检索:

Yuichiro Miyaoka, Amanda H Chan, Luke M Judge, Jennie Yoo, Miller Huang, Trieu D Nguyen, Paweena P Lizarraga, Po-Lin So & Bruce R Conklin . Isolation of single-base genome-edited human iPS cells without antibiotic selection. Nature Methods, 09 February 2014; DOI: 10.1038/nmeth.2840

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