随着CRISPR的迁移作为基因编辑奇迹,很容易忘记其低端起源:首先被发现为细菌免疫系统的怪癖。

似乎细菌有更多的提供。本月,由着名的合成生物学家博士领导的团队乔治教堂在哈佛大学劫持了另一个奇怪的细菌生物学。结果是一个强大的工具,可以在理论上 - 同时编辑数百万DNA序列,具有“条形码”以跟踪更改。所有人都没有破坏单一精致的DNA股线。

目前,这些生物学工具称为“Retron库重组员(RLR)”,仅在细菌细胞中进行了测试。但是克里普尔克旅途基因治疗表明,即使是低谷生物的最奇怪的发现也可以弹起来的是我们最狂野的基因治疗或合成生物学梦想成为现实。

“这项工作有助于建立一个路线图,朝着在其他遗传系统中使用RLR,这为未来的遗传研究开辟了许多令人兴奋的可能性,”教会。

等等,为什么CRISPR不足?

润湿很奇怪。让我们从CRISPR开始。

您可能已经熟悉它的工作原理。有两种组分:一种RNA和蛋白质。“血腥”导向RNA将CAS“剪刀”蛋白质与特定基因进行。在经典版本中,CAS将基因捆绑起来将其关闭。最近的进步允许CA取代特定的遗传字母,或立即缩小多种基因。

对于斩波和替换版本,随着基因治愈本身,它通常会寻找模板。CRISPR可以携带用于细胞的模板基因依赖。以这种方式,细胞被欺骗到遗传副本编辑:用一种生物学语法的一个替换有缺陷的遗传判决。

Casrpr的问题是DNA的斩波。如果您曾在手机上剪断句子,则意识到您削减了错误的位,用另一个消息粘贴到现在没有意义的另一个消息,并击中发送良好,那种类似于CASPR的可能发生的事情。当我们需要编辑多种基因时,我们基因组损坏的危险会上升。这成为合成生物学的大规模问题,它使用遗传操作来赋予具有新能力的细胞,甚至是工程师全新的生物。

细胞是从进化的eons开发的顽固生物,因此改变单个基因很少足以得到例如泵出生物燃料或药物的细菌,使得必需的多重基因编辑。大多数细胞也迅速分裂,因此对于任何遗传修复都必须跨越几种遗传态度。Crispr经常与两者都挣扎。教堂团队认为他们有一个解决方案。

遇见润湿

新工具称为RLR,第一个“R”代表润滑。这些是普遍的,但完全是神秘的生物,其“天然生物学......在很大程度上是未知”的,虽然类似于CRISPR,但它们可能参与细菌免疫系统。

首次在1984年发现,润滑是在一些细菌细胞中漂浮的DNA缎带,其可以转化为特定类型的DNA-A单链DNA碱基被称为SSDNA(YUP,这是怪异的)。但这对基因编辑来说是奇妙的新闻,因为我们的细胞的双链DNA序列在分裂时成为可留下的单链。RETROR诱饵和开关的完美时机。

通常,我们的DNA存在于双螺旋中,其紧密包裹成23个捆绑,称为染色体。每条染色体束都有两个副本,当一个细胞分开时,副本分开以重复自己。在此期间,两份拷贝有时会在称为重组的过程中交换基因。这是当润滑可以潜入时,将它们的SSDNA后代插入分割单元时。如果他们携带新的技巧 - 说,允许细菌细胞抵抗药物 - 并成功插入自己,然后细胞的后代将继承这种特质。

由于细胞的天然机械,润滑可以在不切割的情况下渗透基因组。他们可以同时用数百万分割细胞进行。

“我们认为润滑应该让我们能够在我们想要编辑的细胞内生产SSDNA的能力,而不是试图将它们迫使它们从外部进入细胞,而不会损坏本土DNA,这是非常引人注目的品质,”研究作者Daniel Dr. Goodman。

制作rtr

类似于CRISPR,RTR具有多种组分:含有突变(诱饵)和两种蛋白质,RT和SSAP(逆转录酶和单链退火蛋白)的遗传片段,其将压力转化为SSDNA,并使其插入自身进入分区。

还在我这儿?

像宝座的游戏一样,有很多玩家。所以要更清楚:润滑携带我们想要插入的遗传密码;RT使其成为一种称为SSDNA的更兼容的形式;并且SSAP将其粘在DNA中,因为它分裂。基本上,特洛伊木马侵入了细胞,并倒出了将自己插入细胞的间谍改变其DNA - 在酶魔法师的帮助下。

两种蛋白质对党来说是新的。以前,科学家们试图利用基因编辑的润滑,但效率极低 - 约为所有受感染的细菌细胞的0.1%。两个新移民安静下来,细菌的自然“报警系统”纠正DNA变化 - 所以它们忽略了新的DNA位 - 并允许编辑进入下一代。另一个技巧是中性两个基因,其编码通常破坏SsDNA的蛋白质。

在一次测试中,该团队发现超过90%的细菌细胞容易进入其DNA中的新压力序列。他们接下来大了。与CRISPR相比,润滑有一条腿,因为它们的序列可以充当条形码。这意味着可以一次执行多个基因编辑实验,并通过测序条形码来铭记哪些细胞进行编辑。

在概念上的验证测试中,该团队用封回染色一些细菌细胞,其含有抗生素抗性序列。通过测量单独的抗生素治疗的细菌池中单独测量转速,他们发现具有回答的细胞 - 给予他们的新超级大国对药物 - 仍然比其他细胞更高。

在另一个测试中,团队试图确定他们可以立即使用多少卷曲。他们接受了另一种对抗菌的细菌菌株,并切断了其基因组,以构建数百万克隆的文库。然后它们将这些大块粘在一起的DNA调味质粒的呼啦圈 - 并将其浮成细菌细胞。如前所述,该团队可以通过测序仍然活着的条形码来容易地找到赋予抗菌力量的逆量。

但为什么?

这就是如何。但是为什么?

目标很容易:找到一次可以一次影响数百万胞细胞的CRISPR的另一种解决方案,而不会损坏细胞。换句话说,通过多一代将基因编辑到大数据时代。

与CRISPR相比,新的RLR工具更简单,因为除了“编辑”工具之外,它还不需要“指南”工具 - 压力基本上是双向的。能够一次性地影响多种基因 - 没有物理切割成它们 - 也使其成为合成生物学的有趣工具。该工具也持久了力量。而不是“一个人和完成的”Crispret,它持续到几代人作为细胞分裂。

也就是说,RTR获得了竞争。因为它最适用于分隔细胞,所以它可能在拒绝分裂的易感性细胞中可能不那么强大,所以神经元。另一方面,最近升级到Crispr也可以打开或关闭基因- 通过切割它们的表观遗传学。

但RLR提供比例。“能够分析汇集,具有RLR的条形码突变体文库使数百万次实验能够同时进行,使我们能够观察到基因组中突变的影响,以及那些突变如何相互互动,”教会说。

图像信用:Pete Linforth.Pixabay.

Shelly Xuelai Fan是一个神经科学家转向科学作家。她在不列颠哥伦比亚省大学的神经科学中完成了博士学位,在那里她开发了新的神经变性治疗方法。在研究生物脑的同时,她对AI和所有东西都很着迷。毕业后,她搬到了UCSF,研究了恢复老年大脑的基于血液的因素。她是 ...

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