CRISPR-Cas9是一種革命性的基因編輯工具，但它并非沒有缺點。現(xiàn)在，哈佛大學的科學家們展示了一種被稱為Retron Library Recombineering（RLR）的替代性基因工程系統(tǒng)，它在不切割DNA的情況下工作，可以快速應用于巨大的細胞群。

CRISPR的工作方式就像一把基因剪刀，能夠?qū)罴毎幕蚪M進行精確的剪切和粘貼編輯。該系統(tǒng)可以尋找到一個特定的DNA序列，然后使用一種酶，最常見的是Cas9來進行切割。當細胞執(zhí)行其DNA修復程序時，CRISPR指示它使用不同的序列而不是原來的序列，從而實現(xiàn)編輯基因組的目的。

這個系統(tǒng)已經(jīng)被證明在一系列的應用中是非常有價值的，從治療癌癥、艾滋病和肌肉萎縮癥等疾病，到害蟲控制、改善農(nóng)作物，以及用細菌制造生物計算機。

然而，也有潛在的問題。切割DNA可能會導致一些意想不到的副作用，而且有人擔心CRISPR可能會在基因組的錯誤部分進行編輯。對于大規(guī)模修剪工作來說，CRISPR也可能是一個有點棘手的問題，因為很難跟蹤突變體在實驗室測試中產(chǎn)生了哪些影響。

哈佛醫(yī)學院和懷斯研究所的研究人員提出的新基因編輯技術(shù)試圖解決這些問題。RLR的主要區(qū)別在于它根本不切割DNA--相反，它在細胞分裂前復制其基因組時引入了新的DNA片段。

一張示意圖說明了新的Retron Library Recombineering（RLR）基因編輯技術(shù)如何運作：

說明新的Retron Library Recombineering（RLR）基因編輯技術(shù)如何工作的示意圖Max Schubert/哈佛大學Wyss研究所

它是通過使用Retrons來實現(xiàn)的，Retrons是細菌DNA的片段，可以產(chǎn)生單鏈DNA（SSDNA）片段。事實證明，這原本是一種自我防御機制，細菌用它來檢查它們是否被病毒感染。通過添加所需的DNA片段和單鏈退火蛋白（SSAP），RLR系統(tǒng)確保在原始細胞分裂后，預期的DNA片段最終出現(xiàn)在子細胞的基因組中。

該研究的共同第一作者丹尼爾-古德曼（Daniel Goodman）說："我們想，RLR應該讓我們有能力在我們想要編輯的細胞內(nèi)產(chǎn)生ssDNA，而不是試圖從外部強迫它們進入細胞，而且不會破壞本地DNA，這都是非常引人注目的品質(zhì)。"

這個新系統(tǒng)還有其他一些優(yōu)勢。它的擴展性很好，允許一次產(chǎn)生數(shù)百萬個突變，而且隨著細胞的復制，被編輯的細胞比例實際上也在不斷增加。Retron序列也可以像商品"條形碼"一樣被追蹤，讓科學家在試圖研究其效果時，可以輕松地檢查哪些細胞接受了哪種編輯。

Retron Library Recombineering（RLR）可以加快關(guān)于細菌基因突變的實驗室實驗Max Schubert / 哈佛大學Wyss研究所

為了測試該系統(tǒng)，研究人員將其用于編輯大腸桿菌的種群。他們使用轉(zhuǎn)錄器向細菌引入抗生素抗性基因，并在對細菌進行了一些其他調(diào)整以阻止它們修復DNA "錯誤"后，他們發(fā)現(xiàn)超過90%的種群在20代后加入了所需的序列。由于轉(zhuǎn)基因的條形碼性質(zhì)，研究小組能夠輕松地跟蹤哪些編輯將所需基因轉(zhuǎn)移到細菌基因組中。

雖然還有很多工作要做，但該團隊表示，新的RLR工具可以有一系列的應用。從短期來看，它可以成為研究細菌基因組和突變的一個強大的新工具，可能有助于創(chuàng)造新的有益菌株或發(fā)現(xiàn)諸如抗生素抗性等問題的治療方案。從長遠來看，它可能導致在其他生物體，甚至是人類中形成一種更安全的CRISPR替代品。

"該研究的高級作者George Church說："能夠用RLR分析集合的、條形碼的突變體庫，就能同時進行數(shù)百萬次實驗，使我們能夠觀察整個基因組的突變效果，以及這些突變可能如何相互作用。"這項工作有助于建立一個在其他遺傳系統(tǒng)中使用RLR的路線圖，這為未來的遺傳研究提供了許多令人興奮的可能性。

該研究發(fā)表在PNAS雜志上。

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