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[交流] [Nature翻译]工程核酸酶: 任意改变任意基因组中的任何序列

来源:

Nature Methods 9, 1 (2012) doi:10.1038/nmeth.1852
Published online 28 December 2011
http://www.nature.com/nmeth/journal/v9/n1/full/nmeth.1852.html

正文:

在我们为生物研究方法和对开发它们的科学家的年度祝酒词中, 我们选择工程核酸酶的基因组编缉作为”2011年方法”.

也许研究基因或蛋白最可靠的方法是特定地改变一个基因, 然后观察发生的变化. 这种反向遗传学的方法常规地应用在许多物种中. 内源基因组位点的定向改变是基因改变的精髓所在, 但有一些例外, 在一定的内源基因组位点上, 很难甚至不可能造成想要的改变. 实验人员只好勉强采用更间接的办法:过量表达经过修饰后异源基因或者通常采用例如RNA干扰等降低基因表达.工程核酸酶, 可以被进行设计, 理论上, 能够对任何物种的任何基因位点进行剪切, 因而对内源基因序列引入预定的修饰. 本期27页介绍了该方法的简单入门.

从方法发展的方面看, 工程核酸酶的发展轧迹非常有趣, 如新闻专题(23页)报道. 所有三种主要的核酸酶: 锌指核酸酶(ZFNs), 转录激活子样效应子核酸酶(TALENs)和工程巨大核酸酶都建立在非常基础的研究之上. 再次见证了基础研究的重要性和科技的突飞由何而生.创造第一个ZFN来改变一个生物(如果蝇, 恰如事实那样)的内源基因需要由数十年来许多实验室研究得来的三方面的知识拧到一起: 内切酶是如何工作的, DNA断裂如何被细胞修补, 在方袤的基因组序列中DNA 结合蛋白是如何达到专一识别的.

诸如矫正单基因遗传疾病中的突变无疑已成为这些工具潜在临床应用. 这种应用也是过去十年来促进大量开发这些工具的主要动力. 然而在这个过程中偶然产生了强大的基础研究工具.

工程核酸酶可以用于以内源基因背景下敲除基因, 或者引入基因, 制造等位突变, 改变基因调控控制或者加入报告基因或者抗原决定标签. Matthew Porteus在28页的评论中讨论了这些工具的上述和其它一些令人兴奋的研究应用.

虽然第一个ZFN在十年前已报道过了, 这个领域的研究进度在去年明显加快. 相当一部分是因为TALENs的发展. 虽然 ZFNs 仍然是研究最深入的工具,但正如Mark Isalan在32页的评论中论述的那样,它并不总是容易设计. 最近在植物病原细菌中TAL效应子的发现和对其属性尤其是其明显更简单DNA结合密码的认识将能缓解这些存在的问题

如果在实际应用中基因编缉核酸酶能够快速设计,它将发挥其全部潜能, 特定地改变任何基因组中会何序列, 将会有不止一种技术能够达到该种目的.

此外, 方法开发者正组织方法帮助研究人员设计自已的核酸酶的同时商业化的ZFN价格正在降低,. 同时, TALENs和工程巨大核酸酶也业已商业化. 目前那种科技会成为主流至今仍不清楚. 尤其正如本期许多篇中讨论的关于TALEN的功能一样, 许多方面仍是未知数.但在常规实验室中研究人员获得一个好的工具的价格将起到决定作用.

你也可以通过一个短片了解运用工程核酸酶进行基因组编缉. 如过去几年一样, 我们在本期包含了方法连连看专题(35页).

祝我们所有的读者, 2012年快乐成功.

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