克里斯蒂安娜护理健康系统基因编辑研究所的科学家开发了一种潜在的突破性CRISPR基因编辑工具。根据今日发表在“CRISPR期刊”上的一项新研究，它可以让研究人员从人类细胞中提取DNA片段，将它们放入试管中，并快速精确地设计遗传密码的多项变化。

基因编辑研究所的研究人员表示，他们新的“无细胞”CRISPR技术是第一个能够对DNA样本进行多次编辑的CRISPR工具，他们是基因编辑研究所的研究人员，该研究所是克里斯蒂安娜护理的Helen F. Graham癌症中心和研究所的一部分。体外，“这意味着在试管或培养皿中。这一进展作为一种诊断工具具有直接价值，可以复制个体癌症患者肿瘤中发现的确切基因突变。导致癌症扩散的突变可能因患者而异，并且能够快速识别影响个体患者的正确突变可以允许临床医生实施更有针对性的治疗策略。

“随着这一新进展，我们应该能够在不到一天的时间内完成实验室培养并完成基因编辑，与其他CRISPR工具相比，显着缩短诊断所需的时间，并且具有更高的精度，”Eric Kmiec博士说。 .D。，基因编辑研究所所长和该研究的主要作者。“这对于与时间至关重要的癌症治疗相关的诊断尤为重要。”

Kmiec还表示，虽然其他CRISPR工具仅限于编辑或修复单个基因内的短片段DNA代码，但他的团队的新CRISPR工具可能会导致应用程序能够移除和替换整个基因。他说，这对于使用CRISPR治疗疾病可能很重要。Kmiec指出，虽然一些疾病，如镰状细胞性贫血和亨廷顿氏病，在一个基因中涉及错误的DNA，其他疾病，如阿尔茨海默氏症和心脏病，似乎涉及多个基因的功能障碍，其中最好的选择“不是真正的基因编辑，但是基因替代。“

CRISPR stands for "clustered regularly interspaced short palindromic repeats." It is a defense mechanism found in bacteria that allows the bacteria to recognize and slice up the DNA of invading viruses. Scientists have learned how to manipulate this mechanism so that it essentially can be programmed to find and remove a specific sequence of DNA code—which acts like software for controlling genes—and replace it with a different sequence. This capability has generated unprecedented excitement about developing different CRISPR tools that could produce breakthrough treatments for a wide range of diseases by repairing a damaged gene, modifying it or deleting it entirely.

在今天发表的研究中，Kmiec和他的同事 - 主要作者Brett Sansbury和共同作者Amanda Wagner描述了开发一种“无细胞”CRISPR工具，该工具可以修饰DNA质粒中含有的基因。质粒是一种DNA分子，可以从细胞中取出并在培养皿或试管中维持和操作。

该研究指出，新的CRISPR工具的一个关键特征是它使用一种叫做Cpf1的蛋白质，最近被称为Cas12a，它基本上像剪刀一样起作用，用于切割和插入一系列有针对性的遗传密码。今天正在进行的大多数CRISPR工作采用了一种叫做Cas9的酶形式的不同“剪刀”。然而，Sansbury说，虽然CRISPR-Cas9基因编辑系统已被证明可有效修饰细胞内的基因，但当她的团队试图在“无细胞”环境中使用它来快速设计复杂的变化时，它表现不佳。 DNA质粒。

“可能是细胞非常复杂的机器中存在一些东西，使得Cas9酶更容易完成缺失和插入，”Sansbury说。“但它在我们的无细胞提取物中表现很差。”

Sansbury指出，当Cas9切割DNA时，结果可能是“钝端”，而Cpf1产生“粘性末端”。她说，直言不讳的结果可能妨碍处理切割末端的能力，这允许删除或“切除”一段遗传密码，然后无缝插入和附加新代码。

将CRISPR革命带入日常癌症治疗

基因编辑研究所正在努力利用新的CRISPR-Cpf1突破，在计算机芯片上向参与癌症诊断的商业伙伴提供类似于CRISPR的东西，旨在推动个性化癌症治疗。

“你看到我们的发现从工作台移到床边的速度是前所未有的，但并非出乎意料，”美国银行FACS医学博士Nicholas Petrelli表示，克里斯蒂安娜的Helen F. Graham癌症中心和研究所医学主任关心。“基因编辑研究所存在于社区医院系统中，我们致力于以患者为先的方法进行生物医学研究。在CRISPR辅助基因编辑方面的这一重大进展是在BIRD基金会的支持下完成的，BIRD基金会希望看到商业广告。从一开始就与船上合作伙伴确保任何发现都能迅速使患者受益。“

Sansbury和Kmiec表示，虽然他们使用CRISPR-Cpf1tool的工作证实了它可靠地编辑作为诊断测试一部分的DNA样本，但它尚未完全开发为直接治疗可能涉及修复或去除的疾病的治疗工具人类，动物或植物中发生故障的基因。然而，通过允许在试管或培养皿中快速而精确地完成基因编辑，他们相信他们的工具是更好地揭示CRISPR实际上如何修饰基因组的理想工具，这个过程在很大程度上仍然笼罩在神秘之中。

Kmiec说：“当你在一个细胞内使用CRISPR时，你就会在一个黑盒子里工作，你无法真正观察那些做这些神奇事物的机器的齿轮。”“你可以看到结果，对基因的编辑，但不一定是你如何到达那里，这对于确保CRISPR可以安全地用于治疗患者非常重要。”

“基因编辑研究所的无细胞CRISPR-Cpf1系统是另一个与克里斯蒂安娜护理健康系统相关的具有重要意义的CRISPR相关发现，”Janti E. Nevin，医学博士，公共卫生硕士，Christiana Care总裁兼首席执行官说。

2016年，基因编辑研究所的科学家在科学报告杂志中描述了他们如何将CRISPR与短链合成DNA结合起来，大大提高了CRISPR基因编辑技术的精确性和可靠性。这种新工具称为切除和矫正治疗，或者说是EXACT，它既可作为模板，也可作为修复故障基因的绷带。