新传媒网在 CRISPR 基因编辑系统的基础上，麻省理工学院的研究人员设计了一种新工具，可以以更安全、更有效的方式剪掉有缺陷的基因并用新基因替换它们。
使用这个系统，研究人员表明他们可以将长达 36,000 个 DNA 碱基对的基因传递给几种类型的人类细胞，以及小鼠的肝细胞。这种被称为 PASTE 的新技术有望治疗由具有大量突变的缺陷基因引起的疾病，例如囊性纤维化。
这是一种新的遗传方法，可以针对这些真正难以治疗的疾病。我们想朝着基因疗法最初应该做的方向努力，即取代基因，而不仅仅是纠正个体突变。”
Omar Abudayyeh，麻省理工学院麦戈文大脑研究所麦戈文研究员
这种新工具结合了 CRISPR-Cas9 的精确定位，CRISPR-Cas9 是一组最初源自细菌防御系统的分子，与称为整合酶的酶结合在一起，病毒使用这种酶将自己的遗传物质插入细菌基因组。
“就像 CRISPR 一样，这些整合酶来自细菌和感染它们的病毒之间的持续斗争，”麦戈文研究员乔纳森·古腾伯格 (Jonathan Gootenberg) 说。“它说明了我们如何能够不断从这些自然系统中找到大量有趣且有用的新工具。”
Gootenberg 和 Abudayyeh 是这项新研究的资深作者，该研究今天发表在Nature Biotechnology上。该研究的主要作者是麻省理工学院技术助理 Matthew Yarnall 和 Rohan Krajeski、前麻省理工学院研究生 Eleonora Ioannidi 和麻省理工学院研究生 Cian Schmitt-Ulms。
DNA插入
CRISPR-Cas9 基因编辑系统由一种称为 Cas9 的 DNA 切割酶和一条短 RNA 链组成，后者将酶引导至基因组的特定区域，指导 Cas9 在何处进行切割。当 Cas9 和靶向疾病基因的指导 RNA 被输送到细胞中时，基因组中会产生特定的切口，细胞的 DNA 修复过程会将切口粘合在一起，通常会删除基因组的一小部分。
如果还提供了 DNA 模板，细胞可以在修复过程中将正确的副本整合到它们的基因组中。然而，这个过程需要细胞在其 DNA 中进行双链断裂，这可能会导致对细胞有害的染色体缺失或重排。另一个限制是它只适用于分裂的细胞，因为非分裂细胞没有活跃的 DNA 修复过程。
麻省理工学院的团队想要开发一种工具，可以切除有缺陷的基因并用新基因替换它，而不会引起任何双链 DNA 断裂。为了实现这一目标，他们求助于称为整合酶的酶家族，称为噬菌体的病毒利用这些酶将自身插入细菌基因组。
在这项研究中，研究人员专注于丝氨酸整合酶，它可以插入大块 DNA，大至 50,000 个碱基对。这些酶以称为附着位点的特定基因组序列为目标，这些位点起到“着陆垫”的作用。当他们在宿主基因组中找到正确的着陆点时，他们就会与之结合并整合他们的 DNA 有效载荷。
在过去的工作中，科学家们发现开发这些用于人类治疗的酶具有挑战性，因为着陆垫非常特殊，而且很难重新编程整合酶以靶向其他位点。麻省理工学院的团队意识到，将这些酶与插入正确着陆点的 CRISPR-Cas9 系统相结合，可以轻松地对强大的插入系统进行重新编程。
