科学家发现新方法，实现一次编辑多个基因组片段_基因编辑

基于CRISPR的DNA编辑技术给人类基因组研究带来了革命性变化——允许精准删除任何人类基因这一点，使科学家得以对基因功能有更深入的了解。但这种技术也有局限性——暂时而言，它只能同时移除同一个细胞中的单个基因或基因片段，导致科学家在研究基因组不同部分协同工作的问题时遇到了瓶颈。

现在，本杰明·布兰科(Benjamin Blencowe)和杰森·莫法特(Jason Moffat)的团队在这方面取得了突破。他们发表在《自然-生物技术》杂志上的一项被称为“CHyMErA”的新方法，可以在同一时间系统地瞄准多个位置DNA，并且可以应用于任何类型的哺乳动物细胞。

CRISPR通常被称为“基因组剪刀”，它的工作原理是，通过引导RNA分子，将一种设计成附着在目标位点上的DNA切割酶发送到基因组中的预定位点。目前应用广泛的DNA切割酶是Cas9，和其相关的基因编辑技术就是大名鼎鼎的CRISPR-Cas9或CRISPR/Cas9。

虽说CRISPR-Cas9是当前基因编辑技术的相对主流，但实际上还存在不少具有独特性质的Cas酶。这次的CHyMErA就是结合了2种不同的DNA切割酶——Cas9和Cas12a——实现的。Cas12a这种酶的特点就是可以在同一个细胞中产生多个导向RNA分子，从而对多个基因位点实现切割。

在CHyMErA的应用中，研究人员首先将目标瞄准了一类被称为旁系同源体(paralogs)的基因。

旁系同源(Paralogs)是那些在同一物种中的来源于祖先基因复制的蛋白，它可能会进化出新的与原来有关的功能。

因为旁系同源是由相同的祖先基因复制而产生的，所以人们认为它们在很大程度上扮演着相似的角色。正因为旁系同源蛋白之间可以一定程度上相互替代，摘除掉其中某个蛋白并不能完全了解其影响，所以它们的功能还不能被现有的单基因靶向方法揭示。

“有了CHyMErA，我们可以成对取出旁系同源基因，看看祖先的功能对细胞的存活是否重要，” 研究的主要作者之一凯文·布朗(Kevin Brown)说，“我们现在可以研究以前被忽略的一类基因。”

在使用CHyMErA技术敲除了几乎所有存在于人类基因组中的所有700对旁系同源配对基因后，科学家们证实，这些基因配对中有许多确实在细胞存活中发挥了类似的作用，而其他基因则有不同的功能。

CHyMErA的另一个特点是，Cas9和Cas12a都可以被部署到临近的基因组位点，以切断基因片段，如外显子。

外显子是基因组DNA中出现，在转录后被加工连接在一起，生成成熟RNA分子上的序列。由于该序列的复杂性，部分外显子并不适合单独使用Cas9进行靶向治疗，CHyMErA技术的出现让研究小组可以对数千个与癌症和大脑功能有关的外显子进行研究。

在CHyMErA分析的2000个外显子中，超过100个外显子被证实对细胞存活至关重要，这使得未来的研究现在能够聚焦于揭示它们在疾病中的潜在作用。“一旦我们确定外显子在疾病中起关键作用，我们就可以利用这些信息来开发新的治疗方法。”

参考文献：

[1] https://www.nature.com/articles/s41587-020-0437-z