CRISPR 技术再进化,可运用在 RNA 上了

2020-06-06 浏览量: 762

CRISPR 技术再进化,可运用在 RNA 上了

来自美国麻省理工大学、布洛德研究所、美国国立卫生研究院、罗格斯大学与俄国斯科尔科沃科技研究院的科学家们共同合作,使新一代的 CRISPR 打破以往只能作用于 DNA 的限制,而能够作用于 RNA。

这项创新将能够开启 CRISPR 在基因编辑技术上更多有利的新发展。在这之前,CRISPR 基因编辑技术早已以其具有方便、高效率及高灵活度的特性,成为现今生物科技多方关注的焦点,但先前的研究及运用都仅止于 DNA 的修改。当 CRISPR 不只能够运用于 DNA 编辑,而是也能够编辑 RNA 时,也就意味着这项技术未来可以对短时间非永久性的生理功能进行準确而有效的调控,很有可能超越目前一般所用的 RNA 干扰技术。

这项研究于近日发表于知名科学期刊 Science,由布洛德研究所 Feng Zhang 所带领麻省理工麦戈文脑科学研究中心研究团队、国立卫生研究院 Eugene Koonin 所带领的研究团队以及纽泽西州立罗格斯大学的 Konstantin Severinov 共同合作发表。他们找到一种被称为 C2c2 的 RNA 导引酶(RNA-guided enzyme),能够针对 RNA 进行降解。

研究团队于 2015 发现 C2c2 这个自然界中细菌用来抵抗病毒入侵的 RNA 导引酶,是第一个被发现自然存在 CRISPR 系统中,且只能够以 RNA 做为标的的导引酶。它能够切开细菌细胞内特定序列的 RNA,这样的特性也使得 C2c2 成为分子生物学研究中另一项重要的新工具。带领美国国家卫生研究院基因演化研究团队的资深作者 Eugene Koonin 就表示,透过 C2c2 的研究,使科学家们发现了一种新的细菌抵抗病毒的基本生物机制,未来与此相关的应用範围非常广泛。

在 CRISPR-Cas9 这个只作用于 DNA 的系统里, 能够对 RNA 产生作用的 C2c2 弥补了这个系统的不足之处。RNA 与 DNA 不同之处在于,DNA 在每个细胞中只有一份,就如同细胞证件的正本,而 RNA 则是根据这份正本文件取其需要的部分大量产生的副本,这些根据当下环境以及生物所需所製造的 RNA 讯息编码就能做为细胞运作的操作说明,用于生产细胞所需的蛋白质或进行其他功能。C2c2 只作用于 RNA 的这项特性,也就代表了它能够对特定 RNA 进行高产量的调控,对于细胞的基因与生理功能有非常多样且宽广的着力点,对于疾病的预防、治疗以及了解都能有所贡献。

目前最常见的基因抑制(knockdown)技术是利用小分子干扰 RNA(small interfering RNA,siRNA) 来抑制 RNA 的功能。 而以 C2c2 进行的 RNA 抑制有更多样的运用,也更加精準。例如,在特定 RNA 序列之间再加入设计好的序列,藉此改变 RNA 的功能,转译出不同的蛋白质;或者利用 C2c2 在 RNA 上加上萤光标记以追蹤特定 RNA 的动向以及在细胞中的位置。

研究团队已经利用 C2c2 针对某些位置删除特定的 RNA 序列,以此降低对应的蛋白质产量。这项结果显示,C2c2 已经能够替代 siRNA 的功能,抑制特定的基因表达,并且提供未来的研究一个更方便有效的工具,让原先只能针对 DNA 进行修改的 CRISPR 系统功能更加完整。

C2c2 的优点还不只于此,使用 C2c2 修改 RNA 的过程非常的简单,只需要 C2c2 蛋白质和一个导引 RNA(guide),将它们的 DNA 也送入目标组织或细胞中就能进行。

这项研究的资深作者 Feng Zhang 同时身为布洛德研究所核心成员、麦戈文脑科学研究中心研究者以及 MIT 脑科学及认知科学助理教授。他认为 C2c2 对能够开启 CRISPR 相关研究应用新的视野,有着无限可能。研究团队对于能够将这项研究成果发展成为生命科学研究以及医疗研究应用的新平台也感到非常兴奋。

除了做为一种功能强大的实验技术,C2c2 最大的贡献是能够帮助我们了解更多 RNA 在细胞内的功能,以及 RNA 在疾病状态下扮演的角色。

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