新研究，成功地對活體動物的單個細胞進行基因改造

一種已被證實的追蹤疾病遺傳起源的方法是敲除動物體內的單個基因，并研究這對生物體的影響。問題在于，對于許多疾病來說，病理是由多個基因決定的，這使得科學家們試圖確定任何單一基因對疾病的影響的任務變得復雜。要做到這一點，他們必須進行許多動物實驗——每一種期望的基因修飾都要進行一次實驗。

由巴塞爾蘇黎世聯邦理工學院生物系統科學與工程系生物工程教授Randall Platt領導的研究人員現在已經開發出一種方法，可以極大地簡化和加快實驗動物的研究:使用CRISPR-Cas基因剪刀，他們同時在單個動物的細胞中進行幾十個基因改變，就像馬賽克一樣。

雖然每個細胞中不超過一個基因被改變，但器官內的各種細胞以不同的方式被改變。然后可以對單個細胞進行精確分析。這使研究人員能夠在一次實驗中研究許多不同基因變化的后果。

**次在成年動物身上

根據最近發表在《Nature》雜志上的一篇報告，蘇黎世聯邦理工學院的研究人員**成功地將這種方法應用于活體動物，特別是成年小鼠。其他科學家此前也對培養細胞或動物胚胎開發了類似的方法。

為了“告知”小鼠細胞CRISPR-Cas基因剪刀應該破壞哪些基因，研究人員使用了腺相關病毒(AAV)，這是一種可以靶向任何器官的傳遞策略。他們準備了病毒，使每個病毒顆粒攜帶破壞特定基因的信息，然后用攜帶不同基因破壞指令的病毒混合物感染小鼠。通過這種方式，他們能夠關閉一個器官細胞中的不同基因。在這項研究中，他們選擇了大腦。  

新發現致病基因

通過這種方法，蘇黎世聯邦理工學院的研究人員和日內瓦大學的同事們獲得了一種罕見的人類遺傳疾病的新線索，這種疾病被稱為22q11.2缺失綜合征。受這種疾病影響的患者表現出許多不同的癥狀，通常被診斷為精神分裂癥和自閉癥譜系障礙等其他疾病。在此之前，人們知道一個包含106個基因的染色體區域與這種疾病有關。人們還知道這種疾病與多種基因有關，然而，尚不清楚哪種基因在疾病中發揮了哪些作用。

在小鼠的研究中，研究人員專注于該染色體區域的29個基因，這些基因在小鼠大腦中也很活躍。在每一個小鼠腦細胞中，他們修改了這29個基因中的一個，然后分析了這些腦細胞的RNA圖譜。科學家們能夠證明，其中三個基因在很大程度上導致了腦細胞的功能障礙。此外，他們還在小鼠細胞中發現了讓人想起精神分裂癥和自閉癥譜系障礙的模式。在這三個基因中，有一個已經為人所知，但另外兩個此前并沒有受到太多科學關注。

“如果我們知道疾病中的哪些基因有異常活動，我們就可以嘗試開發藥物來補償這種異常，”António Santinha說，他是普拉特小組的博士生，也是這項研究的主要作者。

該方法也適用于其他遺傳疾病的研究。Santinha說，在許多先天性疾病中，多種基因起作用，而不僅僅是一種。精神分裂癥等精神疾病也是如此。我們的技術現在可以讓我們直接在成年動物身上研究這些疾病及其遺傳原因。”每次實驗中修改基因的數量可以從目前的29個增加到幾百個。

Santinha說:“我們現在可以在生物體中進行這些分析，這是一個很大的優勢，因為細胞在培養物中的行為與它們作為生物體的一部分的行為不同。”另一個優點是，科學家們可以簡單地將AAV注射到動物的血液中。有各種不同的AAV具有不同的功能特性。在這項研究中，研究人員使用了一種進入動物大腦的病毒。“不過，根據你想要研究的內容，你也可以使用瞄準其他器官的AAV，”Santinha說。

蘇黎世聯邦理工學院已經申請了這項技術的專利。研究人員現在想把它作為他們正在建立的衍生產品的一部分。

擾亂基因組

這里介紹的技術是一系列新的基因編輯方法之一，用于以馬賽克樣的方式改變細胞的基因組。CRISPR擾動是這種研究方法的技術術語，它涉及使用CRISPR- cas基因剪刀對基因組進行擾動。這種方法目前正在給生命科學的研究帶來革命性的變化。它使從一次科學實驗中獲得大量信息成為可能。因此，這種方法有可能加速生物醫學研究，例如尋找遺傳復雜疾病的分子原因。

一周前，來自巴塞爾蘇黎世聯邦理工學院生物系統科學與工程系的另一個研究小組與來自維也納的一個團隊合作，發表了一項研究，他們在類器官中應用了CRISPR干擾。類器官是由干細胞培養而成的微組織球體，其結構與真正的器官相似——換句話說，它們是一種微型器官。這是一種不含動物的研究方法，是對動物研究的補充。因為這兩種方法——CRISPR在動物和類器官中的擾動——都可以用更少的實驗提供更多的信息，這兩種方法都有可能最終減少動物實驗的數量。

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