更好的基因编辑——自如开启/关闭的瞬时技术

加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）的研究人员开发了一种基因编辑技术，让用户掌握完全的时空控制自由。

　　

细胞内基因编辑的一个主要障碍是细胞本身。“人类细胞不喜欢摄入外来物质，”UCSB化学和生化系教授Norbert Reich说。“人类细胞进化出一种‘垃圾处理’机制，它能分离和分解外源蛋白质和其他破坏细胞任何结构的生物分子或病原体。所以，迄今为止，生物技术、生物制药和基因组研究，比如那些与CRISPR-Cas9打交道的研究人员必须有效地绕过这种防御机制，准确地将蛋白质引入动物细胞才能实现基因编辑。”

Reich团队开发了一种新技术，这种方法的基因编辑效率估计是目前方法的100到1000倍。使用者可以完全代替基因组决定何时何地释放编码蛋白。

“我们既然可以冲击单个细胞，就可以冲击细胞的一部分，”Reich说。“只将蛋白质释放到细胞的一个部位，问题是，我们如何控制这些蛋白质何时何地切割正准备被释放的DNA。”

最近他们在《Small》发表了一篇题为“Light-Triggered Genome Editing: Cre Recombinase Mediated Gene Editing with Near-Infrared Light”的文章，描述了他们研发的光触发基因组编辑工具——包裹着DNA报告链（发红色荧光）和一种Cre重组酶-细胞穿透肽融合蛋白的中空金纳米球，以及近红外光。

“这相当于我们有了归巢装备和递送剂，”Reich解释“以Cre重组酶和肽作为靶向系统，当靶细胞进行细胞垃圾处理时，它们就开始施展作用。”

一旦进入细胞，纳米壳被包裹在内吞体中，内吞体像一个膜口袋将纳米壳隔离，使其自如地在细胞内游走。

“但是纳米壳并不会做任何事，因为它们被锁住了，”Reich说。“超快脉冲近红外激光对细胞无害，但能穿透组织靶向被包埋的纳米壳及其蛋白质涂层。”

“近红外波引起了一件非常有趣的事，”Reich说。“它使金颗粒纳米壳活跃，然后释放附载在它们身上的任何物质。”同时，纳米气泡形成，内吞体开口，内部蛋白逃逸，这些蛋白在细胞穿透肽的帮助下现在可以自由地进入细胞核，然后Cre开始工作寻找、切割和传递它的报告链给双螺旋。

体外证明基因编辑是成功的：经过一段时间孵育，细胞被蛋白质包裹的纳米壳穿透，接下来光照，发出红光。

“我们没有设计任何改变细胞行为的东西，”Reich说。“荧光蛋白使我们更容易观察到细胞是否发生了变化。”

“作为一个基本的研究工具，在时空尺度控制每一个细胞，想象一下，你想研究某个基因的功能，以及它是如何改变这个细胞的行为或近邻细胞行为，利用这个等离子体纳米颗粒作为天线，我们就能方便地打开或关闭感兴趣的基因，并实时观察它活化的后果。”

研究人员表示，这种DNA重写具有非常强大的跨代效应（transgenerational effects）。

“在某些情况下，就像体细胞突变一样，并非身体中每个细胞都需要编辑，”Morales说。“目前的基因编辑方法常常导致编辑机制在靶细胞中一直保留，长期影响是未知的，而我们的方法，以暂时性方式传递编辑机器，绕过了这个问题。”

原文检索：Light-Triggered Genome Editing: Cre Recombinase Mediated Gene Editing with Near-Infrared Light

（生物通：伍松）