基因編輯CRISPR／Cas9技術構建轉基因小鼠的優勢

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2016年國家自然科學基金放榜已經有一段時間啦！各位老師是不是還沉浸在喜悅中不能自拔呢？O(∩_∩)O清醒一下，我們的目標是：基金年年有，明年中更多！

每年的國家自然科學基金都是中國科研領域的風向標！通過分析國自然，可以看出最新的研究熱點、目前國家重視的科目、臨床上亟待解決的問題、國家科研投入方向的信號等信息，從而來指導今后的科研思路，讓我們在申請其他課題以及文章發表上成功率更高！

今天張博就帶領大家分析一下國自然中標熱詞之一——CRISPR/Cas9（資助項目：81個；資助金額：約3200萬），希望我們的分析能讓大家對于這項技術的最新應用有更深的了解！

被譽為“上帝之手”的CRISPR/Cas9技術利用sgRNA識別基因，介導cas9酶定位并剪切基因。當同時加入同源重組模板時，即可達到基因編輯的作用。盡管這不是科學家們利用來編輯DNA的第一個工具，它卻比以往的技術要更精確、更易操作、更廉價。

（圖片來源于網絡）

自2014年以來，隨著cas9技術的日漸成熟，其應用也越來越廣泛。其中最重要的一條應用就是利用CRISPR/Cas9構建轉基因模式動物（主要為基因編輯小鼠），從而為臨床前提供動物層面治療的基礎研究。在針對臨床的研究中，細胞實驗基礎實驗做得再多再夯實，如果沒有體內實驗或者體內實驗沒明顯效果，科研的意義就大打折扣。同樣的一個實驗，加上動物實驗，遠比細胞層面有說服力的多；同樣的一篇文章，加上動物實驗的數據，就是一個完整的Story，沒有的話，就算是CNS的編輯也是愛莫能助。而轉基因小鼠恰好彌補了這個短板。不同于裸鼠成瘤，轉基因小鼠通過基因修飾，更好地模擬腫瘤模型，最大程度地還原了人類癌癥的發生發展。

可以說，轉基因小鼠是將基因治療從紙上談兵，真正落實到臨床實驗的橋梁！

（圖片來源于網絡）

相當多的疾病有望基于CRISPR/Cas9技術，經過基因編輯動物實驗驗證，繼而應用于人類臨床治療。例如，2016年6月底美國國立衛生院(NIH)下屬DNA重組咨詢委員會通過決議,批準CRISPR基因治療方案進行人體臨床測試。2016年7月21日Nature主頁新聞報道,中國的四川大學華西醫院有望率先進行全球首個CRISPR/Cas9基因編輯技術治療非小細胞肺癌的人體試驗。

而在8月30號發表的一篇Cell Research文章中，首先研究人員從患病的家系中檢測到AMPKg2的H530R突變，并利用基因編輯技術構建了表達該突變基因的轉基因小鼠和基因敲入小鼠模型。兩種小鼠模型均成功再現了病人的主要病理特征，從而首次證實該突變導致PRKAG2心臟綜合征的發生。繼而研究人員將基因編輯工具CRISPR/Cas9裝載在安全高效的AAV9（腺相關病毒）中并遞送到小鼠心臟表達，實現特異性地編輯突變的等位基因，成功矯正和修復了小鼠心臟的形態和功能。并顯著逆轉該心臟病的主要指標。首次證實CRISPR/Cas9基因治療策略可應用于人類的顯性遺傳心臟病。這種巧妙地雙向利用CRISPR/Cas9基因編輯技術進行臨床相關的研究思路越來越受到主流雜質的關注。

這些消息都是CRISPR技術走向產業化的重要信號,各大投資機構也持續看好CRISPR技術攻克遺傳缺陷、癌癥、艾滋病等難治病領域的巨大前景。

那么Cas9構建轉基因小鼠到底有何優勢呢？

1.CRISPR/Cas9構建轉基因小鼠周期較短

利用傳統的ES打靶技術，從載體構建到得到F1代雜合子，需要10個月左右。而Cas9技術，由于僅需注射mRNAs入小鼠胚胎，可以省去篩選ES細胞的步驟，僅需4-6個月的時間。

2.由于Cas9剪切提高了同源重組的效率，同時減少了篩選ES細胞的過程，CRISPR/Cas9構建轉基因小鼠費用較低

3.CRISPR/Cas9可以同時構建多種突變

只要提供多種定位Cas9的sgRNA，這項技術可以同時在一個受精卵內構建多個突變，大大節約時間成本。

4.CRISPR/Cas9可以構建任何物種的動物模型

Cas9技術不僅局限于小鼠、大鼠，理論上可以構建任何任何物種的突變，目前實驗成功的包括豬、羊、猴子等等。

由此可見，一方面伴隨著國家自然科學基金的結果公布，基因編輯方向的持續火爆是可以預見的，今后的科研投入也是必然；另一方面，伴隨基因編輯動物模型越來越易得，越來越普遍，文章或者基金中對動物實驗的要求會越來越高！