生物通報(bào)道：惡性瘧原蟲（Plasmodium falciparum）是導(dǎo)致瘧疾的寄生蟲，已被證明對(duì)目前的治療方法產(chǎn)生了耐藥性。確定單個(gè)基因的功能可能要花費(fèi)一年的時(shí)間，這會(huì)不利于新的、更具靶向性的藥物和疫苗的開發(fā)。

目前，麻省理工學(xué)院（MIT）的生物工程師證明，一種新的基因組編輯技術(shù)（稱為CRISPR），能夠在大約一周左右的時(shí)間內(nèi)，以高達(dá)100%的成功率，中斷一個(gè)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(jìn)行基因分析，并推進(jìn)新藥物的開發(fā)。

相關(guān)研究結(jié)果發(fā)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(jīng)測(cè)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(gè)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(xué)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，F(xiàn)eng Zhang）也參與了此項(xiàng)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(wàn)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(duì)這些藥物產(chǎn)生了耐藥性。

因此，迫切需要開發(fā)一種新藥，但是潛在的遺傳靶標(biāo)很難辨認(rèn)。在動(dòng)物中，如小鼠，研究基因功能的常規(guī)方法是，通過刪除一個(gè)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(zhǎng)達(dá)一年的時(shí)間，因?yàn)樗�依賴于同源重組——細(xì)胞用以修復(fù)受損DNA鏈的一種遺傳交換類型。這很少發(fā)生在瘧疾寄生蟲的基因組中。

Niles說：“你必須依靠這個(gè)真正低效率的過程，只有在目的區(qū)域內(nèi)碰巧發(fā)生了自發(fā)的DNA斷裂時(shí)，這個(gè)過程才會(huì)發(fā)生。”

利用這種耗時(shí)的方法，科學(xué)家們得以識(shí)別出寄生蟲侵入紅血細(xì)胞所必需的一些基因，以及寄生蟲后來從血細(xì)胞中爆發(fā)所必需的一些基因的功能。最近，研究人員已經(jīng)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?yàn)樾枰獮槊總�(gè)基因靶標(biāo)設(shè)計(jì)一種新的核酸酶。

CRISPR——在過去幾年內(nèi)設(shè)計(jì)出的一種基因編輯系統(tǒng)，利用一組保護(hù)微生物免受病毒感染的細(xì)菌蛋白質(zhì)。該系統(tǒng)包括一個(gè)DNA切割酶——Cas9，結(jié)合一段短的RNA引導(dǎo)鏈，該引導(dǎo)鏈被編程來結(jié)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(xué)家們通過簡(jiǎn)單的改變RNA引導(dǎo)鏈序列，靶定和刪除任何一個(gè)基因。

當(dāng)研究人員成功地證實(shí)這個(gè)系統(tǒng)能在不同于細(xì)菌的細(xì)胞中運(yùn)行時(shí)，Niles開始考慮使用它來操縱惡性瘧原蟲。為了測(cè)試這種方法，他及其同事嘗試使用CRISPR來干擾兩個(gè)基因——kahrp和eba-175，先前有研究通過傳統(tǒng)方法在瘧疾中敲除過這兩個(gè)基因。

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

eba-175基因編碼的蛋白質(zhì)，可結(jié)合紅血細(xì)胞受體，并有助于寄生蟲進(jìn)入細(xì)胞，研究人員用CRISPR系統(tǒng)，在50%到80%的寄生蟲中中斷了這個(gè)基因。Niles說：“我們認(rèn)為這是一個(gè)勝利。相比較過去根據(jù)惡性瘧原蟲遺傳學(xué)所完成的效率，即使50%都是相當(dāng)可觀的。”

對(duì)于這兩個(gè)靶標(biāo)，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(zhì)會(huì)發(fā)光，另外他們還關(guān)閉了現(xiàn)有的基因。

康奈爾大學(xué)微生物和免疫學(xué)教授Kirk Deitsch并不是研究小組成員，他說：“利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)編輯瘧疾寄生蟲基因組的一般概念是很重要的，因?yàn)槲覀円恢倍紥暝�于這些遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)方面。現(xiàn)在根據(jù)CRISPR，我們可以在更短的時(shí)間內(nèi)、以更高的精度修改基因。”

因?yàn)镃RISPR技術(shù)已經(jīng)在惡性瘧原蟲中得以驗(yàn)證，Niles預(yù)計(jì)，許多科學(xué)家將在寄生蟲的遺傳學(xué)研究中采用這項(xiàng)技術(shù)。這種工作可以揭示更多關(guān)于寄生蟲如何侵入紅血細(xì)胞并在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的信息，從而產(chǎn)生新的藥物和疫苗靶點(diǎn)。

（生物通：王英）

延伸閱讀：廈大學(xué)者利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)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.