生物通報道：惡性瘧原蟲（Plasmodium falciparum）是導致瘧疾的寄生蟲，已被證明對目前的治療方法產生了耐藥性。確定單個基因的功能可能要花費一年的時間，這會不利于新的、更具靶向性的藥物和疫苗的開發。

目前，麻省理工學院（MIT）的生物工程師證明，一種新的基因組編輯技術（稱為CRISPR），能夠在大約一周左右的時間內，以高達100%的成功率，中斷一個寄生蟲基因。MIT生物工程副教授Jacquin Niles指出，這種方法可以使我們更快速的進行基因分析，并推進新藥物的開發。

相關研究結果發表在2014年8月10日的《Nature Methods》雜志，本文資深作者Niles稱：“盡管我們已經測定了惡性瘧原蟲的全基因組序列，但有一半基因組的功能是未知的。這大約2500個基因，只要我們知道它們的功能，我們就能找到新的治療方法，無論是藥物還是疫苗�！�

該論文的第一作者是MIT生物工程學博士后Jeffrey Wagner。Randall Platt、Stephen Goldfless和MIT麥戈文腦研究所的助理教授張鋒（音譯，Feng Zhang）也參與了此項研究工作。

惡性瘧原蟲，由蚊子傳播的一種血源性寄生蟲，每年引起大約2.19億份病例和65.5萬人死于瘧疾。治療方法包括氯喹和青蒿素，但是寄生蟲開始對這些藥物產生了耐藥性。

因此，迫切需要開發一種新藥，但是潛在的遺傳靶標很難辨認。在動物中，如小鼠，研究基因功能的常規方法是，通過刪除一個靶基因或用一段人工DNA代替它。然而，在惡性瘧原蟲中，這種做法可能需要長達一年的時間，因為它依賴于同源重組——細胞用以修復受損DNA鏈的一種遺傳交換類型。這很少發生在瘧疾寄生蟲的基因組中。

Niles說：“你必須依靠這個真正低效率的過程，只有在目的區域內碰巧發生了自發的DNA斷裂時，這個過程才會發生�！�

利用這種耗時的方法，科學家們得以識別出寄生蟲侵入紅血細胞所必需的一些基因，以及寄生蟲后來從血細胞中爆發所必需的一些基因的功能。最近，研究人員已經成功地使用鋅指核酸酶來切除特定的基因，但是這種方法非常昂貴，因為需要為每個基因靶標設計一種新的核酸酶。

CRISPR——在過去幾年內設計出的一種基因編輯系統，利用一組保護微生物免受病毒感染的細菌蛋白質。該系統包括一個DNA切割酶——Cas9，結合一段短的RNA引導鏈，該引導鏈被編程來結合一段特定的基因組序列，告訴Cas9酶切割哪里。這種方法可讓科學家們通過簡單的改變RNA引導鏈序列，靶定和刪除任何一個基因。

當研究人員成功地證實這個系統能在不同于細菌的細胞中運行時，Niles開始考慮使用它來操縱惡性瘧原蟲。為了測試這種方法，他及其同事嘗試使用CRISPR來干擾兩個基因——kahrp和eba-175，先前有研究通過傳統方法在瘧疾中敲除過這兩個基因。

Kahrp基因可編碼一種蛋白質，當感染瘧疾時，該蛋白可引起紅血細胞（通常是光滑的）發展出一種多節的外觀。Niles的研究小組利用CRISPR系統，能夠在100%的寄生蟲中中斷這個基因；被這些寄生蟲感染的紅血細胞仍然是光滑的。

eba-175基因編碼的蛋白質，可結合紅血細胞受體，并有助于寄生蟲進入細胞，研究人員用CRISPR系統，在50%到80%的寄生蟲中中斷了這個基因。Niles說：“我們認為這是一個勝利。相比較過去根據惡性瘧原蟲遺傳學所完成的效率，即使50%都是相當可觀的。”

對于這兩個靶標，研究人員證明，他們可以插入熒光素酶的編碼基因，這種蛋白質會發光，另外他們還關閉了現有的基因。

康奈爾大學微生物和免疫學教授Kirk Deitsch并不是研究小組成員，他說：“利用CRISPR/Cas9系統編輯瘧疾寄生蟲基因組的一般概念是很重要的，因為我們一直都掙扎于這些遺傳學實驗的技術方面�，F在根據CRISPR，我們可以在更短的時間內、以更高的精度修改基因。”

因為CRISPR技術已經在惡性瘧原蟲中得以驗證，Niles預計，許多科學家將在寄生蟲的遺傳學研究中采用這項技術。這種工作可以揭示更多關于寄生蟲如何侵入紅血細胞并在細胞內復制的信息，從而產生新的藥物和疫苗靶點。

（生物通：王英）

延伸閱讀：廈大學者利用CRISPR/Cas9系統編輯瘧原蟲基因組

生物通推薦原文摘要：
Efficient CRISPR-Cas9–mediated genome editing in Plasmodium falciparum
Abstract：Malaria is a major cause of global morbidity and mortality, and new strategies for treating and preventing this disease are needed. Here we show that the Streptococcus pyogenes Cas9 DNA endonuclease and single guide RNAs (sgRNAs) produced using T7 RNA polymerase (T7 RNAP) efficiently edit the Plasmodium falciparum genome. Targeting the genes encoding native knob-associated histidine-rich protein (kahrp) and erythrocyte binding antigen 175 (eba-175), we achieved high (≥50–100%) gene disruption frequencies within the usual time frame for generating transgenic parasites.