已经写了很多基因编辑技术在过去的一年。 这种强大的基因编辑工具可以快速、轻松地“剪切和粘贴”基因,这意味着科学家可能能够使用它来编辑人类细胞中的疾病,甚至预防疾病。首先是遗传性疾病。 十一月,CRISPR首次试验在人肺上患者。
但尽管它具有潜力,它仍然是非常新的技术,就像任何新技术一样,有可能引起我们尚无法预测的副作用——如果我们开始在人类身上定期使用它,这可能会非常糟糕。 好消息是,科学家们认为他们可能已经找到了一个“开关”来停止在它的轨道上。
“研究人员和公众有理由担心 CRISPR 如此强大,以至于可能会被用于危险用途,”微生物学家 Joseph Bondy-Denomy 说来自加州大学旧金山分校的实验室进行了这项研究。
“这些抑制剂提供了一种机制来阻止邪恶或失控的 CRISPR 应用,使探索该技术用于帮助人们的所有方式变得更加安全。”
CRISPR 的问题在于,一旦引入,这些变化就很难控制——基因变化不是你可以轻易返回并在以后修复的东西。
这个新的“关闭开关”无法撤销已经做出的任何更改,但它可以快速阻止系统进行任何进一步的编辑。
CRISPR,或正式名称为 CRISPR/Cas 9 系统,其工作原理就像一把分子剪刀。 它首先在细菌内部被发现,被用作阻止细菌被细菌感染的基因武器。(是的,甚至微生物也会被感染)。
基本上它的工作原理是,每当细菌被细菌感染时,细菌将病毒 DNA 的一小部分保存在称为 CRISPR 的基因档案中,以便下次识别它。
如果细菌再次受到感染,这种病毒 DNA 会被编码成一种名为 Cas 9 的秘密武器,这种酶可以搜寻与档案中的 DNA 相匹配的任何 DNA,然后熟练地将其从细菌中切除,从而使病毒失效。
但在 2012 年,研究人员意识到该系统可以通过编程来删除他们想要的任何内容。 因此,你将想要剪切的基因添加到 CRISPR 中,Cas 9 就会将其剪切掉。
问题是,该工具还处于早期阶段。 尽管它比科学家以前使用的任何基因编辑技术都更容易使用且更准确,但我们仍在学习掌握它。 中国科学家率先在无法存活的人类胚胎上使用CRISPR早在2015年承认该工具仍然有“重大障碍“在其临床应用成为现实之前需要克服的问题。
人们担心 Cas 9 可能会意外编辑错误的基因,或者它的改变可能会产生不可预见的副作用。 更糟糕的是,如果落入坏人之手,该工具可能会被用于有争议和不道德的目的,例如不受监管的编辑人类生殖系(又名“设计人类”的创造)。
但新的“关闭开关”可以提供一种解决方案,阻止 CRISPR 引起的变化。 不仅如此,这种切换还可以使技术更加准确。
这种开关是在攻击细菌的病毒内部发现的一系列“抗 CRISPR”蛋白,它们被用来禁用基因编辑工具并潜入细菌 DNA。
“正如 CRISPR 技术是从细菌中的天然抗病毒防御系统发展而来一样,我们也可以利用病毒构建的抗 CRISPR 蛋白来绕过这些细菌防御系统,”首席研究员本杰明·劳奇说。
研究小组从其中分离出这些抗 CRISPR 蛋白李斯特菌被病毒感染的细菌。
研究人员意识到,如果细菌的 Cas 9 正常工作,它们就会开始攻击自己的 DNA,因为它们已经感染了一种已知病毒。 因为这并没有发生,所以肯定有什么东西关闭了 Cas 9。
研究小组分离出似乎涉及的蛋白质,并测试它们中的任何一个是否可以阻止人类细胞中发生 CRISPR 编辑。
他们发现其中两种蛋白质 AcrIIA2 和 AcrIIA4 共同作用来抑制科学家常用的 CRISPR 系统。 他们无法逆转已经发生的基因变化,但他们可以通过关闭 Cas 9 并阻止其切割基因组来阻止任何编辑。
这表明这些蛋白质甚至可以在实验室外关闭基因编辑,并可以关闭任何不受监管的活动。
该团队现在不仅正在研究进一步开发这种“关闭开关”,而且正在研究如何利用这些蛋白质使 CRISPR 编辑更加准确和复杂。
“下一步是在人类细胞中证明,使用这些抑制剂实际上可以通过减少脱靶效应来提高基因编辑的精度,”劳赫说。
“我们还想准确了解抑制剂蛋白如何阻断 Cas9 的基因靶向能力,并继续在其他细菌中寻找更多更好的 CRISPR 抑制剂。”
我们期待看到该工具如何进一步发展。
该研究已出版于细胞。