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许多危及生命的疾病仅通过改变通用遗传DNA编码中的单核苷酸构件而引起或加剧。这种“点突变”可以将人体内的单个细胞转变为继续生长成肿瘤的癌细胞，或者它们可以将抗生素敏感性变成抗生素抗性细菌，从而导致无法治愈的感染。在理想的世界中，临床医生能够在创建细胞后立即去除具有这种有害点突变的细胞，从而更有效地对抗疾病。
Wyss生物启发工程研究所的一个研究小组现在在美国国家科学院院刊(PNAS)上报道，它通过将CRISPR / Cas9基因组工程系统转换为基因组监测工具，实现了实现这一目标的第一步。由Wyss研究所核心学院成员乔治·丘奇和詹姆斯·柯林斯领导的研究人员开发了一种体内突变预防方法，该方法能够使DNA切割Cas9酶区分基因组靶位点，这些位点不同于单个核苷酸，并专门切割不需要的基因组。在细菌大肠杆菌中进行的概念验证研究在培养物或小鼠胃肠道中生长的菌株，该方法可以防止抗生素抗性变体的存活。
通过具有互补序列的小指导RNA将Cas9酶引导至其基因组靶序列。一旦在感兴趣的基因上定位，Cas9就像一把分子剪刀，在一个确定的位置切割目标序列。如果修复，这种故意引入的损伤允许生物学家编辑细胞的基因组，但如果不修复，它将导致细胞死亡。然而，尽管该系统在许多生物的基因组中发现和切割目标序列的有效性，但是让Cas9在次要而非完全相同的位点随机切割的非特异性活性仍然给基因组工程师带来了问题。这也意味着携带不希望的点突变的靶序列通常不能被Cas9与其正常对应物充分区分并被选择性地除去。
“通过专注于指导RNA特征，我们的方法大大提高了Cas9的特异性，可以明确区分单核苷酸多态性和消除不需要的遗传变异，”George Church博士说，他也是遗传学教授。哈佛医学院(HMS)和哈佛大学健康科学与技术学院和麻省理工学院(MIT)。“我们的方法开辟了一种全新的方式来思考未来的疾病预防。”
以前的研究表明，矛盾的是，指导RNA与其靶序列之间的某些错配不会影响Cas9切割DNA中特定位点的能力。“我们假设对于给定的一对点突变不同的靶标，可以在指导RNA中发现一组错配，这将消除Cas9对正常序列的活性，同时保持对具有有害点突变的活性的强烈活性。这项研究的第一位也是共同通讯的作者亚历杭德罗·查韦兹博士说，这将阻止一个细胞在出生后立即出现寒冷的细胞，他是HMS的博士后研究员。由Church和Collins指导，现任哥伦比亚大学助理教授。
为了开发他们的方法，该团队利用细菌酶中发生的已知点突变，为病原体提供抗生素抗性。通过关注这些突变中的一些并通过具有不同错配组合的指导RNA变体进行筛选，他们能够鉴定刺激Cas9对突变基因序列的活性但未接触正常对应物的特异性指导RNA。
“突变预防系统不仅在标准实验室条件下培养的大肠杆菌菌株中保持抗生素敏感性，而且还在用于定殖生殖小鼠胃肠道的细菌中保持抗生素敏感性。这些多日小鼠实验涉及持续抗生素给药并证明即使面临潜在的重大环境压力，该系统也非常强大，“共同第一作者Benjamin Pruitt说道，他是Wyss研究所前任职员研究科学家，现在是ReadCoor公司的首席研发工程师。
除了具有未来疾病预防的潜力外，研究人员还认为，他们的突变预防系统可以更直接地用于帮助生物技术产业保护大规模培养物免于获得使其无效或易于污染的突变，并研究微生物进化。
“这一策略使我们有机会研究微生物的进化机制。例如，我们现在能够预防经常发生的赋予抗生素抗性的突变，并询问哪些其他遗传变化可能导致相同的结果。这可能会提高我们对阻力机制并可能提供新的治疗切入点，“詹姆斯柯林斯博士说，他也是麻省理工学院(麻省理工学院)医学工程与科学的Termeer教授和麻省理工学院生物工程教授。
“Wyss研究所的这项合作努力已经在CRISPR / Cas9领域实现了全新的创新，可以为全新的方法预防和治疗各种疾病，”Wyss研究所创始主任Donald Ingber博士说。 ，博士，同时也是HMS血管生物学的Judah Folkman教授和波士顿儿童医院的血管生物学项目，以及哈佛John A. Paulson工程与应用科学学院的生物工程教授。
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