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11月16日，中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院賴良學(xué)課題組的最新研究成果，以Cre-dependent Cas9-expressing pigs enable efficient in vivo genome editing為題，在線發(fā)表在Genome Research（《基因組研究》）上。該研究首次構(gòu)建了新型條件性表達(dá)Cas9基因工具豬模型，利用此模型，率先實(shí)現(xiàn)了直接對(duì)成體大動(dòng)物進(jìn)行體內(nèi)基因編輯，并首次建立了大動(dòng)物原發(fā)性肺癌模型。
豬在器官結(jié)構(gòu)、大小以及生理代謝、免疫系統(tǒng)等方面與人更接近，被普遍認(rèn)為是非常理想的大動(dòng)物疾病模型、異種器官移植供體模型和異種器官再造受體模型。獲得這些模型，需要對(duì)豬的進(jìn)行基因組編輯。目前，對(duì)豬等大動(dòng)物在體內(nèi)直接進(jìn)行基因突變?cè)诩夹g(shù)上尚不可行。豬的基因組編輯依賴于受精卵注射或體細(xì)胞核移植技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。受精卵注射方式建立基因編輯動(dòng)物易產(chǎn)生嵌合體，需要繁殖到第二代，甚至第三代，2-3年的時(shí)間才能夠獲得有實(shí)際用途的基因編輯豬；利用體細(xì)胞核移植技術(shù)制備基因編輯大動(dòng)物模型，因多種不可控等因素影響，體細(xì)胞克隆成功率非常低，同樣耗時(shí)、耗力，且成本極高。
研究人員利用基因打靶技術(shù)，將能夠剪開基因的Cas9蛋白基因插入到豬基因組的一個(gè)特定的位點(diǎn)（ROSA26），相當(dāng)于在豬體內(nèi)加入了一把基因剪刀，并且在Cas9基因附近加上了能與Cre重組酶結(jié)合的loxp位點(diǎn)，后者相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，能對(duì)其剪切功能的開啟加以控制。研究人員利用此工具模型，不需要依賴受精卵注射或體細(xì)胞核移植技術(shù)，在動(dòng)物體內(nèi)轉(zhuǎn)入能識(shí)別特定基因的gRNA和重組酶，可直接對(duì)豬的基因組進(jìn)行編輯，從而快速獲得相應(yīng)基因編輯豬模型。
研究人員將包裝的含有Cre重組酶和靶向六種腫瘤相關(guān)基因的gRNAs慢病毒通過滴鼻方式，感染工具豬的肺臟，在豬肺細(xì)胞的基因組發(fā)生癌化突變。三個(gè)月后，豬出現(xiàn)了典型的肺癌癥狀和病理變化，從而建立了原發(fā)性肺腫瘤大動(dòng)物模型。
利用條件性表達(dá)Cas9基因豬模型，可高效的實(shí)現(xiàn)大動(dòng)物體內(nèi)細(xì)胞單基因、多基因、超大片段基因的編輯。這一研究成果將推動(dòng)豬基因功能的研究進(jìn)展，并加快在生物醫(yī)藥及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有重要應(yīng)用價(jià)值的基因修飾豬模型的建立。
研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、中科學(xué)國(guó)際合作重點(diǎn)項(xiàng)目、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目和廣州市科學(xué)(技術(shù))研究專項(xiàng)等的支持。
廣州生物院首次培育出帶有基因剪刀的工具豬
