基因编辑–数字媒体工具包

基因组编辑(也称为基因编辑)是一个研究领域,旨在修改活生物体的基因以增进我们对 基因 发挥功能并开发使用它来治疗遗传性或获得性疾病的方法。基因组编辑可用于纠正,引入或删除几乎所有 脱氧核糖核酸 在许多不同类型的细胞和生物体中的序列。尽管修饰DNA的技术已经存在了数十年,但新方法已使基因组编辑更快,更便宜,更有效。基因组编辑是建立在较早的发现之上的,该发现是基因中DNA的断裂部分触发了细胞的修复机制,将断裂结合在一起。基因组编辑使研究人员可以模仿DNA修复的自然过程。

由蛋白质改造而成的高级基因组编辑方法包括锌指核酸酶(ZFN),转录激活因子样效应核酸酶(TALENs)和大范围核酸酶。另一种方法称为簇规则间隔的短回文重复序列,也称为CRISPR / Cas9。

CRISPR技术 / Cas9是应用最广泛的基因组编辑器,是了解基因功能的强大工具。由于CRISPR / Cas9是基于RNA的系统,因此与基于蛋白质的方法相比,它可以更有效,更轻松地进行修饰,并且可以靶向多个位点。 CRISPR技术是通过NIH资助的细菌如何防御病毒的基础研究发现的。 CRISPR技术 / Cas9作品 通过在特定遗传位置切割DNA序列并删除或插入DNA序列,可以改变单个碱基对的DNA,大块染色体或调节基因表达水平。 

研究中的基因组编辑

基因组编辑广泛用于各种生物的研究中。例如,CRISPR用于制造 “淘汰赛”模型 广泛的动物疾病的发生,使研究人员能够研究潜在的遗传原因。它还被用于改变某些组织或器官中的基因,通过专注于罪魁祸首基因来促进疾病的研究,创建疾病的细胞模型,例如 人多能干细胞 并灭活猪中的病毒,因此猪器官可能被用作人类替代器官的来源。还正在探索修饰酵母细胞以制造生物燃料并改善农作物的品种。 使用CRISPR的基因驱动技术 允许工程性状通过有性繁殖生物的传播比自然进化更快。该研究可用于改变蚊子种群,以帮助干扰传染病的传播。

诊所中的基因组编辑

NIH支持人类基因疗法的研究,包括在体细胞中进行基因组编辑的方法,通过拨款,合同和有针对性的努力,针对多种疾病和病症,例如 体细胞基因组编辑程序。体细胞是任何不参与人类生殖的细胞。这意味着体细胞的变化不会被后代继承。 CRISPR技术和其他基因编辑方法,尤其是ZFN,正在加速治疗许多人类疾病的基因治疗方法。 2014年,基因组编辑的第一个临床应用涉及ZFN的使用,它通过破坏病毒感染细胞所需的基因来使人类细胞对HIV-1具有抗性。 2017年,开展了一项针对ZFN纠正亨特综合征(MPS II)的临床试验。由酶缺乏引起的亨特综合征可导致骨骼,心脏和呼吸系统异常。该临床试验是直接对研究参与者进行管理的第一个基因组编辑方法。正在研究TALEN T细胞免疫疗法 无需为每个癌症患者开发的“现成”通用供体T细胞的方法。 NIH还采用了基因组编辑方法 治愈镰状细胞倡议CRISPR技术被用作检测Zika和登革热等病毒的诊断工具。 2019年10月,美国国立卫生研究院与比尔和梅琳达·盖茨基金会 宣布合作 支持研究以促进开发基于基因的方法来治疗镰状细胞病和HIV。 

道德与安全问题

基因组编辑的应用引起了科学,安全,道德和政策方面的关注。 NIH不资助人类胚胎中基因组编辑的任何使用。 Dickey-Wicker修正案禁止国会拨款用于创建人类胚胎以进行研究或破坏人类胚胎的研究。此外,通过以未经同意的方式影响下一代的方式改变种系而带来的严重且无法量化的安全性和道德问题,以及当前缺乏令人信服的医学应用,都不能证明在胚胎中使用基因组编辑是合理的。 2017年,美国国家科学,工程和医学研究院(NASEM)发布了一份报告, 人类基因组编辑:科学,伦理与治理(2017), 该建议建议仅在稳固而有效的监管框架内且仅在满足某些标准时才允许在胚胎中使用基因编辑进行临床试验。然而,在2018年11月,中国科学家何建奎宣布他已使用CRISPR / Cas9技术创建了第一个由基因组编辑的婴儿,并声称禁用了该基因在胚胎中的拷贝以赋予HIV抗药性。这项工作提出了医疗必要性,脱靶效应和对其他感染易感性的潜在问题。这引起了国际科学界的普遍谴责,NIH主任发布了 声明 对这一要求表示严重关切,并敦促继续进行国际对话。 2019年3月14日,NIH主任发布了一份 声明 支持国际暂停使用种系编辑过的胚胎建立人类怀孕的研究呼吁。美国国立卫生研究院继续参与 世界卫生组织 并赞助了对 NASEM /英国皇家学会 审查与人类基因编辑相关的问题,并开发全球治理和监督方法。正如在 导演博客,国际委员会在报告中得出结论, 遗传性人类基因组编辑 (链接是外部的) 在2020年9月发布的版本中,在确定可以有效和可靠地进行精确的基因组变化而不会对人类胚胎造成不良变化之前,不应该考虑对人类遗传基因编辑的临床应用。如果允许,应仅限于严重的单基因疾病。该报告还包括有关科学治理和监督的建议,包括建立国际科学咨询小组。

在许多情况下,在体细胞基因治疗中使用CRISPR / Cas9引发的安全性和生物伦理问题,就像重组DNA技术和人类基因治疗出现时首次讨论的那样。当前的监督结构已很好地解决了这些问题。例如,在美国,完善的监督框架和美国食品药品管理局(FDA)对人类基因治疗试验的监管机构将适用于涉及人体体细胞基因组编辑的临床研究。此外,基因组编辑研究的生物安全指南由 NIH涉及重组或合成核酸分子的研究指南

基因驱动对单个物种和环境的潜在影响也引起了生物安全,生物安全和道德问题。 NASEM报告, 基因驱动视界:推进科学,解决不确定性并使研究与公共价值保持一致(2016)由美国国立卫生研究院(NIH)资助的一部分,探索了基因驱动研究的负责任行为。在一个 美国国立卫生研究院主任2016年声明,NIH支持该报告的建议,以继续进行基因驱动的基础和应用研究,推迟目前将基因驱动修饰的生物释放到环境中,让资助者协调以鼓励负责任地开发基因驱动技术,并优先考虑利益相关者参与决策。 

基因组编辑和NIH资助

考虑到CRISPR的进化发展,尽管NIH不能精确地量化支持CRISPR开发的NIH资金的数量,但它是数亿美元。基因组编辑技术被广泛用作NIH资助的项目以及大多数研究工具 NIH研究所和中心 资助此类研究。

但是,很难确定具有多种用途的技术的确切资金水平。这是因为在以下位置搜索术语“基因组或基因编辑”,“ CRISPR技术”等 美国国立卫生研究院记者,由美国国立卫生研究院(NIH)资助的研究数据库,相当于搜索“ 脱氧核糖核酸测序”之类的术语。如果用作研究工具,一些研究人员可能会在其REPORTER条目中提及它,而其他研究人员则可能不会。同样,搜索“ CRISPR技术”一词所得出的研究结果并不一定意味着该研究中使用了CRISPR。例如,研究人员可能在REPORTER摘要中引用了CRISPR,但可能没有在研究中使用它。

图片

CRISPR技术 Cas9CRISPR技术-Cas9是一种可定制的工具,科学家可以利用它在DNA链的精确区域切割并插入小片段DNA。这使科学家能够以特定的,有针对性的方式研究我们的基因。国家卫生研究院的Ernesto del Aguila III。

CRISPR技术-Cas9是一种可定制的工具,科学家可以利用它在DNA链的精确区域切割并插入小片段DNA。这使科学家能够以特定的,有针对性的方式研究我们的基因。

参与CRISPR基因编辑技术的Cas9蛋白珍妮特(Janet Iwasa)

在基因编辑工具CRISPR中,一小段RNA可以识别特定的DNA片段。然后,酶Cas9(绿色)突然进入并在两个位置切割了双链DNA(蓝色/紫色),去除了特定的大块。

基因组的CRISPR-Cas9编辑CRISPR技术-Cas9是一种可定制的工具,科学家可以利用它在DNA链的精确区域切割并插入小片段DNA。该工具由两个基本部分组成:Cas9蛋白(起扳手作用)和特定RNA向导CRISPRs(起不同套筒头的作用)。这些指南将Cas9蛋白引导至正确的基因或DNA链上的区域。NIH

CRISPR技术-Cas9是一种可定制的工具,科学家可以利用它在DNA链的精确区域切割并插入小片段DNA。该工具由两个基本部分组成:Cas9蛋白(起扳手作用)和特定RNA向导CRISPRs(起不同套筒头的作用)。这些指南将Cas9蛋白引导至控制特定性状的正确基因或DNA链上的区域。这使科学家能够以特定的,有针对性的方式实时研究我们的基因。

一种称为Cas9的酶,可以切割双链DNACRISPR技术系统具有两个组成部分:一个微调的靶向装置(一小段RNA程序,用于寻找特定的DNA序列)和​​一个强力切割装置(一种称为Cas9的酶,可以切割双链DNA)。NIGMS / NIH

CRISPR技术系统具有两个组成部分:一个微调的靶向装置(一小段RNA程序,用于寻找特定的DNA序列)和​​一个强力切割装置(一种称为Cas9的酶,可以切割双链DNA)。

CRISPR技术搜寻设备识别并结合目标DNA(带圆圈的黑色)进入细胞后,CRISPR系统将定位要编程查找的DNA。 CRISPR技术搜寻设备识别并结合目标DNA(带圆圈的黑色)。NIGMS / NIH

进入细胞后,CRISPR系统将定位要编程查找的DNA。 CRISPR技术搜寻设备识别并结合目标DNA(带圆圈的黑色)。

Cas9酶切割DNA的两条链NIGMS / NIH

Cas9酶切割DNA的两条链

细胞DNA的新部分。研究人员可以将新的DNA片段插入细胞中。当细胞修复断裂的DNA时,它会自动将新的DNA掺入缝隙中。NIGMS / NIH

研究人员可以将新的DNA片段插入细胞中。当细胞修复断裂的DNA时,它会自动将新的DNA掺入缝隙中。

CRISPR技术CRISPR技术有许多可能的用途,包括插入一个新基因,从而使生物体产生有用的药物。帮助治疗遗传疾病;创建量身定制的生物以研究人类疾病;并帮助替换受损或患病的组织和器官。NIGMS / NIH

CRISPR技术有许多可能的用途,包括插入一个新基因,从而使生物体产生有用的药物。帮助治疗遗传疾病;创建量身定制的生物以研究人类疾病;并帮助替换受损或患病的组织和器官。

视频

NIH总监弗朗西斯·柯林斯(Francis Collins)博士谈到了体细胞基因编辑的重要性以及如何将其用于抗击遗传疾病。如果您想要视频剪辑的文件,请联系 沃尔·阿金索.

其他资源

本页面的最新评论为2020年11月5日