這一 CRISPR 突破在不切割 DNA 的情況下改變了基因。

多年來，研究人員一直質疑甲基基團（DNA 上積累的微小化學基團）是否只是簡單地標記基因被關閉的位置，或者它們是否是基因抑制的直接原因。

在最近發表的一項研究中 自然交流新南威爾士大學的研究人員與聖裘德兒童醫院（孟菲斯）的同事合作表明，去除這些化學標籤會導致該基因再次活躍。當標籤被添加回來時，基因再次關閉。結果證實DNA甲基化直接調節基因活性。

研究作者梅林·克羅斯利教授說：“我們明確表示，如果你把蜘蛛網撥開，基因就會進來。”新南威爾士大學負責教育質量的副校長說。

“當我們將甲基重新添加到基因中時，它們會再次關閉。所以這些化合物不是蜘蛛網，而是錨。”

CRISPR技術是如何發展的？

CRISPR 是 Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats 的縮寫，是現代基因編輯技術的基礎。它允許科學家搜索特定的 DNA 序列並進行有針對性的改變。它通常會用健康的版本替換有缺陷的遺傳密碼。

該系統利用細菌中發現的自然防禦機制，利用 CRISPR 識別並切割入侵病毒的 DNA。

早期版本的 CRISPR 工具通過切割 DNA 來禁用出現故障的基因。後來的版本更加準確。這使得科學家能夠編輯遺傳密碼中的單個字母。然而，這兩種方法都依賴於斷裂 DNA 鏈，這可能會導致意外的變化。並增加嚴重副作用的風險。

最新版本稱為表觀遺傳編輯。有一種不同的方法：它不是切割 DNA，而是針對附著在每個細胞核內基因上的化學標記。從沉默基因中去除甲基。研究人員能夠在不改變底層 DNA 序列的情況下恢復基因功能。

治療鐮狀細胞病的新可能性

研究小組相信這種方法可能會導致鐮狀細胞相關疾病的更安全的治療。這些遺傳性疾病會影響紅細胞的形狀和功能。這通常會導致劇烈疼痛。器官損傷並縮短預期壽命

“每當你切割 DNA 時，就有患癌症的風險。如果你對一種終生疾病進行基因治療，那就是一個很大的風險，”克羅斯利教授說。

“但如果我們能夠進行不涉及切割 DNA 鏈的基因治療，我們就可以避免這些潛在的陷阱。”

這項新技術不是切割 DNA，而是使用改良的 CRISPR 系統來傳遞去除甲基的酶。這個過程釋放了基因制動器，使某些基因保持關閉狀態。一個重要的目標是胎兒珠蛋白基因。這有助於在出生前輸送氧氣。出生後重新激活該基因可以幫助避免導致鐮狀細胞病的成人球蛋白基因缺陷。

“你可以把胎兒珠蛋白基因想像成兒童自行車上的輔助輪，”克羅斯利教授說。 “我們相信我們可以讓它們重新與那些需要新輪子的人一起工作。”

到目前為止的研究表明了什麼

到目前為止，所有實驗都是在新南威爾士大學和孟菲斯的實驗室中使用人體細胞進行的。

該研究的合著者凱特·昆蘭教授表示，這些發現可能對鐮狀細胞病以外的疾病產生更廣泛的影響。許多遺傳病都涉及基因的不適當開啟或關閉。調整甲基可能是解決這些問題而不損害 DNA 的一種方法。

“我們對錶觀遺傳編輯的未來感到興奮。因為我們的研究表明，與第一代或第二代 CRISPR 相比，使用該技術的治療允許我們在不改變 DNA 序列的情況下增加基因表達，可能會降低意外負面影響的風險，”她說。

展望未來 研究人員已經描述了這種療法有一天可能如何在實踐中發揮作用。醫生從患者的血液中收集產生紅細胞的干細胞。在實驗室中，表觀遺傳編輯用於去除胎兒珠蛋白基因中的甲基標籤。並再次啟用將校正後的細胞返回給患者。這些細胞可以定居在骨髓中並開始產生更強的血細胞。

表觀遺傳編輯的後續步驟

新南威爾士大學和聖裘德的研究小組計劃在動物模型中測試這種方法。並繼續探索其他基於 CRISPR 的工具。

“也許最重要的是，現在可以將分子靶向單個基因，”克羅斯利教授說。

“在這裡，我們刪除或添加了一個甲基。但這只是開始。還有其他變化。我們可以做到這一點，這將提高我們改變基因輸出用於醫藥和農業目的的能力。這是一個新時代的開始。”