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光也能用作開關，來控制基因編輯，甚至用于腫瘤治療？

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光也能用作開關 ， 來控制基因編輯 ， 甚至用于腫瘤治療？
光也能用作開關，來控制基因編輯，甚至用于腫瘤治療？
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圖片來源：ScienceAdvances
【光也能用作開關，來控制基因編輯，甚至用于腫瘤治療？】7月11日 ， 澎湃新聞從華東師范大學獲悉 ， 華東師范大學生命科學學院、華東師范大學醫學合成生物學研究中心葉海峰研究員團隊成功研發出新型光控分割型split-Cas9基因編輯系統（簡稱FAST系統） 。 該系統的開關是遠紅光 ， 其波長730nm ， 可由特定的LED光源發出 。
7月11日凌晨 ， 相關論文發表在國際學術期刊《科學進展》（ScienceAdvances）上 ， 論文標題是《一種可用于體內組織器官基因編輯的遠紅光調控基因編輯系統的構建》 。
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研究人員介紹 ， CRISPR-Cas9基因編輯技術作為近年來新興的第三代基因編輯技術 ， 既保證了良好的打靶效率 ， 又更加簡便、快捷、高效 ， 且成本也大大降低 ， 廣受科學界矚目 ， 成為生命科學史上具有里程碑意義的生物技術 。 然而 ， CRISPR-Cas9系統在應用時會由于其不可控性產生脫靶效應 ， 帶來嚴重、不可預估的副作用；此外 ， 也無法實現時空特異性的精準基因編輯 。
為了解決以上問題 ， 該研究以外部照射低強度的遠紅光 ， 作為控制手段 ， 能在時間和空間上特異性精準控制體內深層組織和器官的基因編輯 。
研究人員在異種移植腫瘤模型小鼠A549中測試了FAST系統的疾病治療應用潛力 。 他們將FAST系統遞送至小鼠體內的腫瘤中 ， 然后通過LED遠紅光的照射 ， 切割腫瘤致癌基因PLK1 。 實驗結果顯示 ， 腫瘤的生長可被顯著抑制 。
細胞實驗結果顯示 ， 在體外培養的多種哺乳動物細胞細胞中 ， 該系統可以誘導單個或多個內源基因的編輯 ， 包括非同源末端連接（NHEJ）和同源定向修復（HDR）；黑暗情況下 ， 幾乎無本底泄露 。
動物實驗中 ， 研究人員通過流體動力學尾靜脈注射方式 ， 將該系統遞送至[Gt(ROSA)26Sortm14(CAG-tdTomato)Hze ， 含loxP-STOP-loxP-tdTomatocassette]小鼠的肝臟中 。 只有當Cas9對loxP-STOP-loxP終止信號區的DNA進行切割編輯后 ， tdTomato紅色熒光蛋白才能表達出來 。 因此 ， 通過觀察小鼠肝臟部位tdTomato的表達情況可以得知肝臟細胞中DNA被編輯的情況 。 實驗結果顯示 ， 肝臟器官成像和組織冰凍切片結果顯示 ， 與對照組相比 ， 光照組小鼠肝臟中的tdTomato基因有顯著的表達 。
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圖片來源：ScienceAdvances
研究人員表示 ， 上述研究結果表明 ， 該系統具有低本底泄露 ， 低脫靶效應 ， 低毒性 ， 高度時空特異精準性以及強組織穿透性等體內應用優勢 ， 提供了一種新型可控的基因編輯工具 。
葉海峰研究員表示 ， 該研究作為一個精準、時空可控的基因編輯技術平臺 ， 擴展了當前CRISPR-Cas9基因編輯工具箱 ， 有望應用于基因功能的研究 ， 以及遺傳病、腫瘤等多種疾病的精準可控治療 。
本研究是在葉海峰課題組近年來的光遺傳學研究基礎之上進一步取得的研究成果 。 2017年 ， 該課題組在ScienceTranslationalMedicine期刊上發表封面研究文章 ， 使用遠紅光控制基因的表達 ， 實現智能手機超遠程控制光敏細胞釋放胰島素治療糖尿病的目標 ， 顛覆了傳統口服和注射降糖藥物控制血糖的方法 。 2018年 ， 該課題組在美國科學院院刊PNAS上發表研究論文 ， 將遠紅光調控轉基因表達控制系統與CRISPR-dCas9技術相結合 ， 可實現表觀遺傳操控以及誘導干細胞分化為功能性神經細胞 。