克里斯蒂安娜護理健康系統(tǒng)基因編輯研究所的科學家開發(fā)了一種潛在的突破性CRISPR基因編輯工具。根據(jù)今日發(fā)表在“CRISPR期刊”上的一項新研究，它可以讓研究人員從人類細胞中提取DNA片段，將它們放入試管中，并快速精確地設計遺傳密碼的多項變化。

基因編輯研究所的研究人員表示，他們新的“無細胞”CRISPR技術(shù)是第一個能夠?qū)NA樣本進行多次編輯的CRISPR工具，他們是基因編輯研究所的研究人員，該研究所是克里斯蒂安娜護理的Helen F. Graham癌癥中心和研究所的一部分。體外，“這意味著在試管或培養(yǎng)皿中。這一進展作為一種診斷工具具有直接價值，可以復制個體癌癥患者腫瘤中發(fā)現(xiàn)的確切基因突變。導致癌癥擴散的突變可能因患者而異，并且能夠快速識別影響個體患者的正確突變可以允許臨床醫(yī)生實施更有針對性的治療策略。

“隨著這一新進展，我們應該能夠在不到一天的時間內(nèi)完成實驗室培養(yǎng)并完成基因編輯，與其他CRISPR工具相比，顯著縮短診斷所需的時間，并且具有更高的精度，”Eric Kmiec博士說。 .D。，基因編輯研究所所長和該研究的主要作者。“這對于與時間至關重要的癌癥治療相關的診斷尤為重要。”

Kmiec還表示，雖然其他CRISPR工具僅限于編輯或修復單個基因內(nèi)的短片段DNA代碼，但他的團隊的新CRISPR工具可能會導致應用程序能夠移除和替換整個基因。他說，這對于使用CRISPR治療疾病可能很重要。Kmiec指出，雖然一些疾病，如鐮狀細胞性貧血和亨廷頓氏病，在一個基因中涉及錯誤的DNA，其他疾病，如阿爾茨海默氏癥和心臟病，似乎涉及多個基因的功能障礙，其中最好的選擇“不是真正的基因編輯，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.

在今天發(fā)表的研究中，Kmiec和他的同事 - 主要作者Brett Sansbury和共同作者Amanda Wagner描述了開發(fā)一種“無細胞”CRISPR工具，該工具可以修飾DNA質(zhì)粒中含有的基因。質(zhì)粒是一種DNA分子，可以從細胞中取出并在培養(yǎng)皿或試管中維持和操作。

該研究指出，新的CRISPR工具的一個關鍵特征是它使用一種叫做Cpf1的蛋白質(zhì)，最近被稱為Cas12a，它基本上像剪刀一樣起作用，用于切割和插入一系列有針對性的遺傳密碼。今天正在進行的大多數(shù)CRISPR工作采用了一種叫做Cas9的酶形式的不同“剪刀”。然而，Sansbury說，雖然CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)已被證明可有效修飾細胞內(nèi)的基因，但當她的團隊試圖在“無細胞”環(huán)境中使用它來快速設計復雜的變化時，它表現(xiàn)不佳。 DNA質(zhì)粒。

“可能是細胞非常復雜的機器中存在一些東西，使得Cas9酶更容易完成缺失和插入，”Sansbury說。“但它在我們的無細胞提取物中表現(xiàn)很差。”

Sansbury指出，當Cas9切割DNA時，結(jié)果可能是“鈍端”，而Cpf1產(chǎn)生“粘性末端”。她說，直言不諱的結(jié)果可能妨礙處理切割末端的能力，這允許刪除或“切除”一段遺傳密碼，然后無縫插入和附加新代碼。

將CRISPR革命帶入日常癌癥治療

基因編輯研究所正在努力利用新的CRISPR-Cpf1突破，在計算機芯片上向參與癌癥診斷的商業(yè)伙伴提供類似于CRISPR的東西，旨在推動個性化癌癥治療。

“你看到我們的發(fā)現(xiàn)從工作臺移到床邊的速度是前所未有的，但并非出乎意料，”美國銀行FACS醫(yī)學博士Nicholas Petrelli表示，克里斯蒂安娜的Helen F. Graham癌癥中心和研究所醫(yī)學主任關心。“基因編輯研究所存在于社區(qū)醫(yī)院系統(tǒng)中，我們致力于以患者為先的方法進行生物醫(yī)學研究。在CRISPR輔助基因編輯方面的這一重大進展是在BIRD基金會的支持下完成的，BIRD基金會希望看到商業(yè)廣告。從一開始就與船上合作伙伴確保任何發(fā)現(xiàn)都能迅速使患者受益。“

Sansbury和Kmiec表示，雖然他們使用CRISPR-Cpf1tool的工作證實了它可靠地編輯作為診斷測試一部分的DNA樣本，但它尚未完全開發(fā)為直接治療可能涉及修復或去除的疾病的治療工具人類，動物或植物中發(fā)生故障的基因。然而，通過允許在試管或培養(yǎng)皿中快速而精確地完成基因編輯，他們相信他們的工具是更好地揭示CRISPR實際上如何修飾基因組的理想工具，這個過程在很大程度上仍然籠罩在神秘之中。

Kmiec說：“當你在一個細胞內(nèi)使用CRISPR時，你就會在一個黑盒子里工作，你無法真正觀察那些做這些神奇事物的機器的齒輪。”“你可以看到結(jié)果，對基因的編輯，但不一定是你如何到達那里，這對于確保CRISPR可以安全地用于治療患者非常重要。”

“基因編輯研究所的無細胞CRISPR-Cpf1系統(tǒng)是另一個與克里斯蒂安娜護理健康系統(tǒng)相關的具有重要意義的CRISPR相關發(fā)現(xiàn)，”Janti E. Nevin，醫(yī)學博士，公共衛(wèi)生碩士，Christiana Care總裁兼首席執(zhí)行官說。

2016年，基因編輯研究所的科學家在科學報告雜志中描述了他們?nèi)绾螌RISPR與短鏈合成DNA結(jié)合起來，大大提高了CRISPR基因編輯技術(shù)的精確性和可靠性。這種新工具稱為切除和矯正治療，或者說是EXACT，它既可作為模板，也可作為修復故障基因的繃帶。