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Science：利用CRISPR/Cas系統(tǒng)開發(fā)出分子記錄設(shè)備
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2016年6月14日--在一項新的研究中，來自美國哈佛大學(xué)的研究人員利用細(xì)菌的CRISPR/Cas適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，開發(fā)出一種方法永久性記錄活細(xì)胞中的分子事件。 以色列特拉維夫大學(xué)微生物學(xué)家Udi Qimron（未參與這項研究）說，“這項研究的重要性在于提供概念驗證：一種吸引人的細(xì)菌免疫系統(tǒng)可能被用作為一種具有令人印象深刻的記錄容量的工具�！毕嚓P(guān)研究結(jié)果于2016年6月9日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題為“Molecular recordings by directed CRISPR spacer acquisition”。 這種CRISPR/Cas系統(tǒng)的工作機制是從感染細(xì)菌的病毒基因組中剪斷出短DNA序列，將這些短DNA序列整合到細(xì)菌的基因組（在CRISPR位點）中，然后利用來自這些整合的序列產(chǎn)生的RNA指導(dǎo)對入侵病毒的破壞。從本質(zhì)上說，細(xì)菌在它的基因組中持有它的病毒敵人的DNA片段，并利用它對付這些病毒。 這些病毒DNA序列---或者說寡聚物---整合進(jìn)細(xì)菌的CRISPR位點中并不是隨機的：這些序列組成一個隊列，最新整合進(jìn)的病毒DNA序列一致性地整合在這個隊列中較早整合進(jìn)的病毒DNA序列的前面。來自哈佛大學(xué)的George Church和同事們認(rèn)為這種整合的時間排序可能成為開發(fā)一種分子記錄設(shè)備的基礎(chǔ)。他們認(rèn)為，如果人工合成DNA寡聚物也能夠與病毒DNA序列那樣整合進(jìn)CRISPR位點中，那么對細(xì)胞的CRISPR位點進(jìn)行測序?qū)⒛軌蛴涗浖?xì)胞接觸到哪些寡聚物和何時接觸到。 為了測試這一想法，研究人員利用含有CRISPR DNA位點和精簡的Cas蛋白復(fù)合體版本的大腸桿菌菌株開展實驗。這種最小的Cas蛋白復(fù)合體由Cas1和Cas2---將DNA寡聚物整合到宿主細(xì)胞基因組中所必需的---的可誘導(dǎo)版本組成，但缺乏破壞病毒所需的所有組分。研究人員發(fā)現(xiàn)通過以一種時間排序的方式將特定的人工合成DNA序列引入到這些細(xì)胞中（比如，在不同的日子里，導(dǎo)入不同的人工合成DNA寡聚物），在CRISPR位點上所產(chǎn)生的序列確實準(zhǔn)確地反應(yīng)這些DNA寡聚物的引入順序。 美國加州大學(xué)伯克利分校生物工程師Adam Arkin（未參與這項研究）說，“它是首次證實有順序地獲取故意引入的DNA序列。” 利用定向進(jìn)化（directed evolution），研究人員繼續(xù)構(gòu)建出新的Cas1和Cas2版本：相比于它們的野生型蛋白，它們能夠以一種略微不同但可以辨別出的方式整合DNA寡聚物（依然按照時間順序整入）。讓這些經(jīng)過基因修飾的酶Cas1和Cas2受到不同誘導(dǎo)物的控制能夠允許研究人員以兩種不同的方式---依賴于哪種Cas1和Cas2版本在運作---記錄DNA事件。 Church，“本質(zhì)上，我們是在測量核酸濃度。理想地，它應(yīng)是mRNA，但是在這項研究中，它是DNA. . . .它是開展其他事情的一種概念驗證。” Church指出，比如，如果在細(xì)胞或動物中，CRISPR/Cas系統(tǒng)能夠與一種逆轉(zhuǎn)錄酶---一種將RNA轉(zhuǎn)化為DNA的酶---結(jié)合在一起，那么它可能被用來記錄哪些mRNA表達(dá)和何時表達(dá)。 Arkin指出，另一種可能的應(yīng)用就是使用CRISPR/Cas工程菌，提供存在于環(huán)境（比如，土壤，人腸道，或者其他）中其他微生物的信息。 Arkin說，“[這種CRISPR/Cas工程菌]能夠殺死附近的細(xì)菌，分泌切割它們DNA的酶，表達(dá)一種CRISPR/Cas系統(tǒng)，獲得它們的DNA片段。它聽起來有些瘋狂，但是細(xì)菌天生地就能夠做到這一點。”他解釋道，這些外源的細(xì)菌DNA片段然后被整合和記錄到這種CRISPR/Cas工程菌的CRISPR位點中。 盡管迄今為止，這些應(yīng)用的可能性還比較遙遠(yuǎn)，但是Arkin說，“在概念上，這就好比在地上插上旗幟，說道，‘這里就是我們應(yīng)當(dāng)向前發(fā)展的地方’�！� 原文閱讀：Molecular recordings by directed CRISPR spacer acquisition http://science.sciencemag.org/content/early/2016/06/08/science.aaf1175 Science：利用CRISPR Cas系統(tǒng)開發(fā)出分子記錄設(shè)備.png |
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nono20092樓
2016-06-14 09:33
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fw_xiao3樓
2016-06-14 09:35
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