基因編輯
關注創(chuàng)建者：生物酶是什么丫 創(chuàng)建時間：2022-09-13
基因編輯的實例教程
日前，一項刊登在國際雜志Nature Biotechnology上的研究報告中，來自賓夕法尼亞大學Perelman醫(yī)學院的研究人員通過對獼猴進行研究發(fā)現，利用一種有別于CRISPR法的基因編輯技術使其機體中名為PCSK9的蛋白失活或許能夠有效降低獼猴機體的膽固醇水平，這項研究中研究人員首次利用基因編輯技術對大型動物模型進行研究發(fā)現了與臨床疾病相關的基因表達水平的降低，基于本文研究結果，后期研究人員或許有望開發(fā)出新型療法治療對PCSK9抑制劑并不會耐受的心臟病患者，同時這種藥物/療法也能用來抵御機體的高膽固醇水平。
圖片來源： Wikipedia/CC BY-SA 2.0
后期研究人員還需要進行更為深入的研究來減輕動物模型中的毒性作用以及脫靶效應的發(fā)生；除了高膽固醇血癥患者以外，本文研究數據還能提示研究人員可以利用相同的技術開發(fā)治療因多種其它基因突變所誘發(fā)的廣譜性肝臟代謝疾病的新型療法。
來源：生物醫(yī)學實驗共享平臺
展開 高盛最近的一項針對生物技術領域的研究報告《基因組革命》顯示，中國的研究人員已經在測試CRISPR編輯的人類細胞方面領先一步，而全球的商業(yè)巨頭也紛紛將戰(zhàn)略市場瞄準了中國。
神奇的“基因魔剪”
CRISPR之所以備受推崇，是因為這種基因編輯技術相比較傳統手段更高效更精準：2012年，來自美國和奧地利的科學家共同改進了CRISPR-Cas9系統，并在其發(fā)表的研究論文中預示：CRISPR可作為一種高效而特異的RNA介導的基因編輯工具。2013年，華人科學家張鋒等人利用CRISPR進行哺乳動物細胞的基因編輯，開啟了CRISPR作為可編程的基因編輯工具的新紀元。
僅在過去一年里，幾十位世界各地的研究人員就發(fā)布科學論文詳細闡述自己的研究結果，他們利用CRISPR剪斷和取代不需要的DNA來開發(fā)治療癌癥、HIV、失明、慢性疼痛、肌肉萎縮癥和亨廷頓癥等疾病的療法。
“CRISPR技術的商業(yè)化在細胞治療上可能是最容易的，會涉及到把免疫細胞拿到體外通過CRISPR技術進行基因編輯。在疾病的應用上，以相對而言比較簡單的艾滋病治療為例：可以把人體T細胞或造血干細胞其中的一個基因CCR5敲掉， 這將導致艾滋病毒無法侵染這類改造過的T細胞，從而患者身體的免疫系統能夠重建。”默克生命科學科研解決方案戰(zhàn)略負責人劉穎在接受第一財經采訪時表示。
近幾年開啟轉型之路的默克公司在基因編輯上押下重注，目前他們已經在全球7個國家擁有CRISPR剪切后進行基因插入的專利。
“目前的CRISPR技術和基因編輯技術，仍處于早期研發(fā)階段，所以可能我們所有的研究者，還需要5-10年的時間，才能逐漸地適應CRISPR在生命科學領域的應用，包括讓他們使用這種技術針對一些具體的疾病做一些初步的診斷。”默克生命科學中國董事總經理衛(wèi)政熹如此表示，“即使如此，我們的業(yè)務依然呈現了爆發(fā)式的增長。
展開 CRISPR技術的出現顯著改變了基因編輯領域的格局，為科學家自由操縱基因提供了前所未有的簡便和高效。然而，目前CRISPR技術并非完美無缺，仍存在一定局限性，并面臨許多挑戰(zhàn)。
常規(guī)CRISPR技術通常依靠病毒載體來遞送到細胞中，但病毒載體往往成本高昂且耗費資源，因此，制造大量臨床級病毒載體一直是CRISPR技術臨床應用的主要瓶頸之一。此外，傳統病毒載體（慢病毒載體）在基因組中插入基因的位點具有隨機性，難以對其進行精準控制，因此具有潛在致癌性風險。
近日，美國加州大學舊金山分校的研究人員在 Nature Biotechnology 期刊發(fā)表題為：High-yield genome engineering in
primary cells using a hybrid ssDNA repair template and small-molecule cocktails 的研究論文。
該研究開發(fā)了一種改進型CRISPR-Cas9基因編輯技術，無需病毒載體即可非常高效地將長DNA序列精準引入細胞基因組的精確位置，實現比常規(guī)CRISPR技術高2-3倍的編輯效率。而且，能夠一次性產生高達10億個CAR-T細胞，這為下一代安全高效的基于CRISPR的細胞療法打開了新的大門。
在經典的CRISPR-Cas9基因編輯技術中，需要使用高濃度的雙鏈DNA（dsDNA）和Cas9靶序列來增強CRISPR介導的插入效率，但這可能對原代細胞產生較強的毒性。與之相對，單鏈DNA（ssDNA）對細胞的毒性較小，即使在相對較高的濃度下也是如此。
此外，為了克服常規(guī)CRISPR技術需要病毒載體的弊端，多年以來，研究團隊一直致力于將更長的DNA序列以一種不依賴病毒載體的方式插入到基因組中的特定位點，并實現更高效的基因編輯。
展開 蛋白質療法和基因編輯
已完成和正在進行的用于蛋白質替代和基因編輯的mRNA納米藥物臨床試驗
基于mRNA的蛋白質替代療法和基因編輯療法已經有多個臨床應用。CAR-T細胞療法在血液類腫瘤中表現出了巨大的療效，但將其應用于實體腫瘤卻具有挑戰(zhàn)性，部分原因是實體瘤缺乏可用的靶點。此外，標準的CAR-T細胞療法需要在體外改造來自癌癥患者的T細胞，這既昂貴又耗時。
為了解決這些挑戰(zhàn)，BioNTech確定了幾種實體腫瘤新抗原，并開發(fā)了針對實體腫瘤的CAR-T細胞療法（BNT211），在這種療法中，編碼CAR-T目標抗原的mRNA脂質體被注射到患者體內，并在體內產生有功能的CAR-T細胞。詳情：BioNTech公司CAR-T+mRNA疫苗治療實體瘤，獲歐洲藥監(jiān)局優(yōu)先藥物資格
除了腫瘤外，基于mRNA的CAR-T細胞療法也顯示出治療心臟損傷的潛力，通過使用修飾的mRNA在小鼠體內原位產生抗纖維化的CAR-T細胞。詳情：注射mRNA，在體內生成CAR-T，新銳公司融資1.65億美元，將體內CAR-T推向臨床
基因編輯是mRNA納米藥物的另一個重要應用，可以通過mRNA下調特定蛋白質的表達水平。在靈長類動物中，Verve公司開發(fā)的單劑LNP遞送的編碼腺嘌呤堿基編輯器（ABE）的mRNA治療，幾乎完全抑制了肝臟中的PCSK9，同時血液中PCSK9和低密度脂蛋白膽固醇水平分別降低了89%和61%，令人驚訝的是，這種治療的效果持續(xù)了8個多月。
展開 更重要的是，HBV的DNA可以融入人類基因組，成為表面抗原（HBsAg）的來源。
目前針對慢性乙肝的治療方法包括核苷類似物（抑制病毒復制）和干擾素（增強免疫系統）等，雖然這些治療方法可以限制HBV復制，但并不能讓HBV基因組元件失活，很難實現功能性治愈。
2022年9月19日，堿基編輯治療公司 Beam Therapeutics 在2022年國際HBV會議上發(fā)表了題為：Cytosine base editing inhibits Hepatitis B Virus replication and reduces HBsAg expression in vitro and in vivo 的海報演示。
Beam 公布了一項新的臨床前數據，展示了多重堿基編輯方法在減少乙肝病毒（HBV）標志物（包括乙肝表面抗原HBsAg）和防止HBV在體內的感染反彈方面的潛力。
2016年，劉如謙團隊率先開發(fā)出了新型基因編輯工具——堿基編輯器（Base Editor），實現了在不依賴DNA雙鏈斷裂的情況下，實現對單個堿基的定向修改。此后，劉如謙團隊發(fā)表了一系列研究論文，進一步擴展和完善了堿基編輯技術。
堿基編輯技術奠基人、Beam 創(chuàng)始人劉如謙教授
基于堿基編輯技術，劉如謙、張鋒、J. Keith Joung 等人聯合創(chuàng)立了 Beam Therapeutics，該公司于2020年2月在美國納斯達克上市，致力于開發(fā)基于堿基編輯技術的遺傳病和癌癥的基因編輯療法。
在HBV感染細胞中，研究團隊使用胞嘧啶堿基編輯器（CBE）在多個位置靶向整合的HBV DNA和cccDNA，從而在病毒基因組中引入精確和永久的終止密碼子。這些終止密碼子旨在使HBV病毒基因沉默，而不會有染色體重排的風險。
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緊接著，研究團隊進一步聚焦于一段CDR3序列，通過基因編輯快速獲得攜帶不同CDR3上下文序列小鼠模型，發(fā)現序列改變對突變頻率造成了不同程度的影響，并且序列改變越靠近AID的作用位點，對突變頻率的影響越大。
蛋白質療法和基因編輯
已完成和正在進行的用于蛋白質替代和基因編輯的mRNA納米藥物臨床試驗
基于mRNA的蛋白質替代療法和基因編輯療法已經有多個臨床應用。CAR-T細胞療法在血液類腫瘤中表現出了巨大的療效，但將其應用于實體腫瘤卻具有挑戰(zhàn)性，部分原因是實體瘤缺乏可用的靶點。
體外T細胞療法：共有2款，分別是治療急性T淋巴細胞白血病（T-ALL）和CD7陽性急性髓細胞白血病的BEAM-201，這是一款CD7靶點的多基因編輯的CAR-T療法。以及一款未命名的治療T細胞淋巴瘤的CD5靶點的多基因編輯的CAR-T療法。
在經典的CRISPR-Cas9基因編輯技術中，需要使用高濃度的雙鏈DNA（dsDNA）和Cas9靶序列來增強CRISPR介導的插入效率，但這可能對原代細胞產生較強的毒性。與之相對，單鏈DNA（ssDNA）對細胞的毒性較小，即使在相對較高的濃度下也是如此。
02
定向基因編輯技術
CRISPR-Cas9 基因編輯技術可以精確定位和剪斷需要修改的DNA片段并注入匹配的DNA序列。有了這項完美的基因編輯技術，定向編輯基因成為可能，菌種的選育效率大幅提高。
03
生物工程的優(yōu)勢
生物工程多學科交叉的特點，使其在實踐應用中優(yōu)勢明顯。
本屆 X-Talk 以「好奇心」為關鍵詞，介紹「人工智能」和「基因編輯」兩項即將影響人類社會的先進科技，邀請到了多位科學家、學者參與。
美國工程院外籍院士、小冰公司董事長沈向洋博士分享了自己過去三十多年做科研的體會。
還有近年來PD-1信號通路的發(fā)現，使得人類在戰(zhàn)勝癌癥的道路上更近了一大步、誘導多能干細胞iPSC技術和基因編輯技術!CRISPR（使得I型糖尿病有望得到根治）以及去年嚴重的疫情，更多的樣本集、更快的數據提煉，可以幫助更快的研發(fā)生產出疫苗；等眾多科研成果都證明了高性能計算在生物工程中的重要性。
云計算的興起還改變了科學家獲取算力、享受超算服務的方式，比如北鯤云超算平臺。
谷教授實驗室著重研究細胞對微環(huán)境中力學與生化信號的感知與響應，探索細胞力學信號傳導在組織再生、免疫治療和基因編輯的中的作用與意義，并由此啟示的新型生物材料的研發(fā)。
邊黎明教授2021年入職華南理工大學生物醫(yī)學科學與工程學院，現任長江學者特聘教授。
16 基因檢測儀
此前網上爆出的基因編輯嬰兒事件引起了廣泛關注，許多人以為我國已掌握基因編輯技術，然而令人遺憾的是中國連一臺基因檢測儀都造不出來。
