基因工程的新时代：最小的通用遗传干扰技术

在《自然通讯》杂志上的一篇新论文中，宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院（宾夕法尼亚大学工程学院）健康精密工程中心（CPE4H）的研究人员描述了最小通用遗传扰动技术（mvGPT）。这项技术能够同时精确编辑基因，激活基因表达和抑制基因，为治疗遗传疾病和研究DNA功能的基本机制打开了新的大门。

　　

有影响力的发明常常以新的方式结合现有的工具。例如，iPhone集电话、网络浏览器和摄像头于一身，以及其他许多设备。

如今，在基因编辑领域也可能实现同样的目标。这些不同的目标现在可以组合成一个工具，可以同时独立地解决同一细胞中不同的遗传疾病，而不是使用单独的工具来编辑基因和调节它们的表达。

融合基因编辑和调控

在《自然通讯》的一篇新论文中，宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院（宾夕法尼亚大学工程学院）健康精密工程中心（CPE4H）的研究人员描述了最小通用遗传扰动技术（mvGPT）。

这项技术能够同时精确编辑基因，激活基因表达和抑制基因，为治疗遗传疾病和研究DNA功能的基本机制打开了新的大门。

“并不是所有的遗传疾病都是由遗传密码本身的错误引起的，”宾夕法尼亚大学化学与生物分子工程（CBE）和生物工程（BE）校长协约副教授、该论文的资深作者Sherry Gao说。“在某些情况下，具有遗传成分的疾病，如I型糖尿病，是由于某些基因表达的多少。”

一个工具，多种功能

在过去，一次性解决多个不相关的基因异常——比如，通过编辑一个基因并抑制另一个基因——需要多种不同的工具。“我们想建立一个单一的平台，可以精确有效地编辑DNA，上调和下调基因表达，”高实验室的博士生、论文的第一作者之一Tyler Daniel说。

该平台的工作原理是将能够修改DNA序列的改进的“主要编辑器”与先前发明的增加和减少基因表达的技术相结合。“所有这些功能都是正交的，它们可以同时独立地发生。”

他继续说：“这种程度的精确修饰DNA序列和基因表达在以前是不可能的。”“每个任务都是独立运行的。这就好像我们开了一辆导航系统有故障的汽车，修复了系统中的错误，同时把音响音量调大，把空调音量调小。”

精确编辑的力量

研究小组在具有导致威尔逊氏病的突变的人类肝细胞上测试了mvGPT，成功地编辑了突变，同时也上调了与I型糖尿病治疗相关的基因，并抑制了另一个与甲状腺素淀粉样变性相关的基因。在多次测试中，mvGPT以高精度完成了所有三项任务，证明了其同时针对多种遗传条件的能力。

由于mvGPT比三种单独的工具占用的空间更小，因此该系统也更容易运输到细胞中。研究人员表明，mvGPT可以通过多种方式传递，包括mRNA链和用于传递基因编辑工具的病毒。

“当你有一个单一的工具可以同时完成所有这些事情时，你使整个过程变得更简单，因为你需要运送到细胞的机器更少。”

走向更大的影响

既然这项技术已经在人类细胞中显示出前景，研究人员计划在动物模型中测试mvGPT，并对其他带有遗传成分的疾病进行治疗，包括心血管疾病。“我们的工具越先进，”高继续说，“我们就越能治疗遗传疾病。”

本研究由宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院进行，由美国国家科学基金会（CBET-2143626）和国立卫生研究院（HL157714）支持。