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类药物分子可促进精准基因编辑

设想有那么一天,科学家可以在实验室通过替换机体DNA来寻找一系列问题答案,或许医生还能设计改变病人基因的药物来治疗基因异常。有点像科幻小说?随着基因编辑技术(Cas9/CRISPR系统)的发展,这终将成为现实。

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但在实现之前,科学家必须克服一系列困难,包括如何提高基因组编辑修改目标DNA序列的速度。而这正是美国哈佛大学化学生物学教授刘大卫和他的同事要破解的难题。


刘教授带领的科研团队开发出一种可以被小的类药物分子激发活性的Cas9形式,修改人类基因组中目标DNA序列的速度比标准Cas9形式快25倍。研究成果发表在最近的《自然·生物化学》杂志上。


“研究旨在通过对活跃期的Cas9仔细控制来提高基因编辑的特异性。我们设计了一个Cas9形式,只在给细胞提供无害类药物小分子时才能表现活跃。”刘教授说,“我们能证明用这个系统可以高效修改基因组。”


刘教授解释说,用小分子控制Cas9活性的想法虽然得以实现,但与其他药物治疗或实验室工具不同,基因编辑技术不是一个“稳态”化学过程,“我们想要的就是爆发的基因编辑活性短暂到足以修改一到两种目标基因,然后你还可以让这种活性消失并不再影响细胞进程。”


据物理学家组织网近日报道,为了获得这种“短暂爆发的活性”,刘教授领导的团队成功设计了这种只在类药物小分子出现时才表现活性的蛋白质形式,“目前发表的基因编辑技术通常没有时间限制,这一过程持续数天甚至更长。但是用我们设计的系统,可以让Cas9蛋白保持几小时的活性,然后立刻‘收手’,蛋白质很快变得‘迟钝’起来。在活性高峰期过后,新的Cas9蛋白质就不会再持续活跃了。”


刘教授希望有一天Cas9和CRISPR技术能够精准到修改速率低于同步自然免疫的速率。他解释说:“如果能做到这一点,病人使用基因编辑技术相关疗法后,再患上癌症或其他基因疾病的风险会大大降低。”


鉴于基因编辑是一项全新的技术,他建议,科学家和其他社会组织之间建立一种对话关系,确保在发展和应用中对这项新技术“充分考虑”。


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