国际顶尖学术期刊《自然》最新发表两篇相关生物技术论文,其中介绍了一种突破性的基因组编辑技术,可实现指定基因组位点长 DNA 序列的插入、倒位或删除,提供单步执行基本 DNA 重排的方法,简化了基因组编辑过程。
这项研究有望比现有技术更精准有效地进行大规模基因组编辑,且能够直接介导重组,避免造成需要修复的断裂。
论文指出,该可编程系统用于重组基因组中长 DNA 序列,有望成为基因组设计领域的实用工具。通常,大规模基因组重排由重组酶或转座酶等酶执行。若这些酶可编程靶向特定位点,将成为强大的基因组编辑工具。
第一篇论文通讯作者、加州大学伯克利分校的 Patrick D. Hsu 及其团队开发出一种利用可编程重组酶进行基因编辑的技术。这些重组酶由 RNA 引导,此 RNA 作为“桥梁”,引导重组酶靶向位点并促进预选编辑。
此“桥梁”RNA 由两个区域组成:指定供体 DNA 序列的区域和指定基因组插入位点的区域。这两个区域可通过独立重编程,识别并结合不同的 DNA 序列或插入位点,并对不同类型的 DNA 重排采用通用机制。与现有利用复杂蛋白质-DNA 结合位点的基因编辑技术相比,此“桥梁”RNA 更易于修饰。
另一篇论文共同通讯作者、东京大学的西增弘志及其团队通过冷冻电镜解析了第一篇论文中重组酶的结构,并详细描述了其作用机制。
在《自然》同期发表的同行专家“新闻与观点”文章中指出,尽管这项研究演示了对细菌基因组的编辑,但仍需进一步评估该技术在不同物种和细胞类型(包括哺乳动物细胞)中的可行性和安全性。文章赞扬这项技术是“基因组大规模修饰领域的一大进步,未来有望在众多应用中大显身手”。