最近基因编辑技术的飞跃使得十年前的想法看起来像科幻小说走向了现实的尖端。

已经着名的CRISPR系统允许科学家通过切割和替换DNA切片编辑有缺陷的基因，但新的和改进的CRISPR技术已将CRISPR的手术刀扩展为瑞士军刀。这些新工具使研究人员能够更灵活地控制基因功能，而无需永久改变生物体的遗传密码。

这些多功能工具有助于解决癌症和自身免疫性疾病等疾病的复杂遗传问题。他们可以确定药物开发的新目标，或指出有朝一日可能针对失明或肥胖相关遗传缺陷的基因疗法。

这些新技术的基础，被称为CRISPR-dCas9，由加州大学旧金山分校的研究人员Jonathan Weissman博士于2013年发明。Stanley Qi，博士(现在斯坦福大学);和Wendell Lim，博士

他们采用了CRISPR系统，因其能够靶向和剪切DNA片段而闻名，并突变基因切割蛋白Cas9以创建dCas9。称为CRISPRa(用于激活)和CRISPRi(用于干扰)的变体仍然靶向基因，但可以交换不同的分子工具来上调或下调基因表达。

Lim是细胞和分子药理学系的主席，他将dCas9比作一种通用适配器，可以通过DNA碱基配对识别任何基因，然后用蛋白质附件调节该基因。

“CRISPR-dCas9是一种非常强大的方式，可以在基因组的任何部分招募任何你想要的东西，”微生物学和免疫学助理教授，医学博士，采用新工具的众多研究人员之一Alexander Marson博士说。在他们的工作中。

促进健康基因治疗肥胖症

在加州大学旧金山分校药学院生物工程和治疗科学系教授Nadav Ahituv博士的实验室中，研究人员已经在老鼠身上发现可以纠正导致严重肥胖的遗传缺陷。

健康的老鼠 - 和人类 - 有两个基因拷贝(一个遗传自每个父母)。完全废除基因功能的一个拷贝中的缺陷(称为单倍体不足)可导致疾病。例如，具有涉及体重的特定基因的一个缺陷拷贝的小鼠倾向于过度饮食并变得肥胖。Ahituv意识到在这种情况下，有机会获得潜在的治疗效果。“这里的诀窍是你仍然有一个现有的副本，这很好，”他说。

他的研究小组转向在加州大学旧金山分校开发的CRISPR工具之一CRISPRa，以瞄准并提升该基因的健康拷贝，补偿其破碎的双胞胎。他们将CRISPRa系统包装在病毒中，将其传递到神经元细胞并将病毒注射到小鼠体内。

治疗过的小鼠停止暴饮暴食并很快减肥。当研究人员检查目标基因的表达水平时，他们发现了正常水平。九个月后，小鼠保持正常体重，Ahituv说，因为神经元不分裂，这些变化可能持续到动物的一生。

这种肥胖相关基因的单倍体功能不足是造成人们严重肥胖的一小部分病例的原因。Ahituv说，考虑到美国人口中肥胖率很高，即使是这么小的百分比也代表了很多人。

他的实验室现在正在研究其他五种单倍体不足的疾病，特别是神经疾病和肾脏疾病，作为CRISPRa治疗的候选者，尽管在该技术可以在人体中进行试验之前还需要做更多的工作。

研究人员承认，在将新的CRISPR工具转化为人类疗法时，他们将面临重大挑战。安全和精确的传递方法将是关键，因为确保遗传变化是持久的。

揭示隐藏的开关

即使这些新的CRISPR工具暗示了基因治疗的新途径，它们已经通过揭示构成疾病的复杂遗传相互作用开辟了其他疗法的领域。

根据加州大学旧金山分校医学教授，格莱斯顿研究所高级研究员，研究中使用CRISPRi及其相关技术的医学博士Bruce Conklin所说，最直接的回报可能是确定新的治疗目标。

“这些技术的强大之处在于，可以在一次实验中测试数千种不同的药物目标。这已经为潜在有用的药物提供了帮助，”他说。

据估计，98%的DNA不会编码蛋白质，而是作为2%的交换机。使用常规遗传技术研究这些所谓的启动子和增强子可能是神秘且耗时的。

通过CRISPRa，Marson的实验室可以快速筛选基因组中的20,000多个非编码位点并研究它们的功能 - 主要是通过翻转许多开关并查看哪些开关打开灯。“这是确定遗传因素功能意义的关键步骤，”马森说。

在最近的CRISPRa屏幕上，Marson的实验室与加州大学伯克利分校的Jacob Corn博士实验室合作，确定了几种与炎症和自身免疫性疾病相关的增强剂。事实上，其中一种新发现的增强子与已知会增加肠易激综合症风险的常见遗传变异相匹配，尽管其机制以前一直是个谜。

Lim已经观察了他帮助开拓的CRISPR-dCas9方法在短短几年内传播到世界各地的研究实验室。根据PubMed的数据，从2013年到2015年底，49篇论文在其标题或摘要中包含了dCas9这一术语。从2016年到2018年6月，242篇论文引用了相同的术语 - 增加了近五倍。

“这项技术在短短几年内传播的速度令人惊讶。”林说。“它说明了简单核心概念的灵活性。”