CRISPR 连接：科学家如何利用amjs澳金沙门欢迎您技术来改善我们的世界

詹妮弗·蒂德博尔

世界上一些最具破坏性的动植物疾病的解决方案通常可以在 DNA 链上的单个amjs澳金沙门欢迎您中找到.

寻找这些解决方案过去科学家需要花费数年甚至数十年的时间. 对于像小麦这样极其复杂的amjs澳金沙门欢迎您组，这项工作甚至更加困难, DNA 代码中包含 160 亿个碱基对. 比较, 人类amjs澳金沙门欢迎您组的大小只有30亿个DNA对.

但这要归功于一种名为 CRISPR-Cas9 的革命性新型amjs澳金沙门欢迎您编辑技术, 研究人员拥有更简单、更高效的方法来处理复杂的amjs澳金沙门欢迎您组.

堪萨斯州立大学研究人员了解 amjs澳金沙门欢迎您R 的价值, 他们正在开发符合道德和负责任的方式来使用这项技术来改善我们的世界, 从开发小麦新品种到对抗动物疾病.

“这项新技术利用细胞中的自然过程来编辑或杂交amjs澳金沙门欢迎您，以在细胞繁殖时选择细胞中的特定性状,”彼得·多豪特说, 堪萨斯州立大学负责研究的副校长，他向国会工作人员和其他国家组织介绍了 CRISPR 技术的重要性.

CRISPR — 发音为“crisper” — 代表成簇规则间隔短回文重复. CRISPR-Cas9 很简单, 但功能强大, amjs澳金沙门欢迎您组编辑技术，利用 CAS9 酶靶向并切割 DNA. amjs澳金沙门欢迎您组包含作为细胞染色体捆绑在一起的完整 DNA amjs澳金沙门欢迎您集.

自 2012 年推出以来, amjs澳金沙门欢迎您R 技术彻底改变了科学界. 使用 amjs澳金沙门欢迎您R, 像植物病理学家 Eduard Akhunov 这样的研究人员可以开始开发产量更高或更耐旱的小麦品种. 生物化学家格雷戈里·芬尼根可以研究酵母等模型物种. 病毒学家雷蒙德“鲍勃”罗兰可以对抗毁灭性的猪疾病.

这个过程从amjs澳金沙门欢迎您蓝图开始：DNA. CRISPR-Cas9 酶的工作原理就像分子剪刀，可以在 DNA 的特定位置进行切割. 然后，科学家可以让细胞通过容易出错的修复过程来修复 DNA，从而敲除特定amjs澳金沙门欢迎您，或者科学家可以为细胞提供新 DNA 的短模板来修复切口，同时对amjs澳金沙门欢迎您引入精确的改变.

这可能看起来是合成的, 但由于持续的自然突变过程，一个物种的 amjs澳金沙门欢迎您 不断发生变化.

“所有繁殖, 无论是农作物还是动物, 取决于这些自然引入的突变,”阿胡诺夫说. “CRISPR-Cas9 可以做与自然突变过程相同的事情, 但它的速度非常快，而且只针对amjs澳金沙门欢迎您组中的特定amjs澳金沙门欢迎您.”

“杂交植物, 例如, 已经存在了数千年，利用植物自身的生殖系统来创造一种新植物，希望它具有亲本的最佳特性,”多尔胡特说. “但是, 这个过程可能需要很多年和多次试验才能培育出尽可能最好的性状.amjs澳金沙门欢迎您R 技术使科学家能够更高效、更有效地做到这一点.”

amjs澳金沙门欢迎您R 是保护细菌免受病毒侵害的免疫系统的一部分. 事实上, amjs澳金沙门欢迎您R 用于开发用于乳制品生产的抗病毒细菌培养物, 这意味着如果您吃了一个早餐酸奶冻糕, 你可能吃了携带 amjs澳金沙门欢迎您R 的细菌.

研究人员可以利用 CRISPR-Cas9 技术进一步探索许多植物和动物amjs澳金沙门欢迎您组. 过去几十年对如此多amjs澳金沙门欢迎您组的测序令人兴奋, 芬尼根说, 但 CRISPR 技术的能力更令人兴奋，因为它们为像他这样的科学家提供了新的工具包.

“有了这项新技术, 我们可以问更大的问题, 更复杂，更接近疾病,”芬尼根说. “而不是研究一两个amjs澳金沙门欢迎您, 我们可以研究数百个amjs澳金沙门欢迎您. 现在我们可以做真正令人兴奋的科学.”

编辑amjs澳金沙门欢迎您

作为遗传密码, amjs澳金沙门欢迎您 定义了小麦的所有理想性状, 包括更高的产量, 抗病性, 耐旱性和最终使用质量.

在 农学院, 爱德华·阿胡诺夫, amjs澳金沙门欢迎您 amjs澳金沙门欢迎您, 和王伟, 博士后amjs澳金沙门欢迎您员 amjs澳金沙门欢迎您, 正在使用 amjs澳金沙门欢迎您R 技术开发具有改良性状的小麦品种. 该 amjs澳金沙门欢迎您小麦委员会 amjs澳金沙门欢迎您支持他们的努力.

“我们正在寻找能够使堪萨斯州农民和堪萨斯州小麦生产受益的性状,”阿胡诺夫说. “然后, 我们正在尝试编辑影响这些性状的amjs澳金沙门欢迎您并将其转移到堪萨斯小麦品种中.”

感谢最近测序的小麦amjs澳金沙门欢迎您组, Akhunov 的团队可以使用计算工具来查找他们想要修复的小麦amjs澳金沙门欢迎您组的特定片段. 因为 CRISPR 非常精确, 科学家可以用它来修复一些DNA碱基对来改良小麦.

该团队已经取得了成功：他们使用 amjs澳金沙门欢迎您R 替换了一些 DNA 碱基对，并培育出了籽粒重量增加、蛋白质含量提高的小麦品系.

使用传统育种方法培育新的小麦品种可能需要至少五到七年的时间，因为科学家必须杂交不同的品种, 有时甚至是远亲物种, 引入理想的特质. 使用 CRISPR 技术, Akhunov 和他的团队可以通过编辑控制这些性状的特定amjs澳金沙门欢迎您，在大约两年内将新性状引入小麦品种.

amjs澳金沙门欢迎您R 技术在新的毁灭性小麦病害迅速出现且抗性品种的快速发展对于维持作物生产至关重要的情况下尤其有用.

“目前, 例如, 我们正在寻找可以使小麦抵抗多种真菌病原体的amjs澳金沙门欢迎您,”阿胡诺夫说.

谷类作物（例如水稻）的遗传和分子生​​物学研究, 大麦和玉米 — 已鉴定出许多控制跨物种主要性状的amjs澳金沙门欢迎您.

“基于 CRISPR 的amjs澳金沙门欢迎您编辑已成为一种强大的技术，可以充分利用可用的amjs澳金沙门欢迎您组信息，并有助于将其他作物的性状快速转移到小麦品种中,”阿胡诺夫说.

Akhunov 和他的团队正在应用 amjs澳金沙门欢迎您R 技术来改善包括产量在内的多种性状, 对病原体的抵抗力, 最终用途质量和营养质量.

驱动amjs澳金沙门欢迎您

如果CRISPR是amjs澳金沙门欢迎您技术的“汽车”, 然后一个生物化学小组正在研究汽车的发动机和 GPS 装置.

换句话说, 格雷戈里·amjs澳金沙门欢迎您, 助理教授 在 艺术与amjs澳金沙门欢迎您学院, 正在改进一项 CRISPR 技术：amjs澳金沙门欢迎您驱动.

“我们正在研究设计, 架构, amjs澳金沙门欢迎您驱动如何工作以及如何更好地工作,”芬尼根说. “我们希望确保amjs澳金沙门欢迎您驱动在关闭开关的情况下‘驱动’.”

通过amjs澳金沙门欢迎您驱动, CRISPR 产生的amjs澳金沙门欢迎您变化可以传递给后代和子孙后代，并可用于指导生物群体的性状. Finnigan 和他的研究生和本科生团队正在通过酵母模型系统研究amjs澳金沙门欢迎您驱动. 具体, 他们正在研究面包酵母, 用于制作面包和发酵酒.

“我们的兴趣是研究 amjs澳金沙门欢迎您R 技术本身, 我们正在考虑为这个独特的系统提供额外的控制,”芬尼根说. “有一种方法可以做到这一点，让每个人都赢. 您可以对抗疾病, 但您仍然可以保护自然环境.”

Finnigan 的实验室是全球少数几个专门研究amjs澳金沙门欢迎您驱动技术的实验室之一. 通过在酵母等单细胞生物中工作, Finnigan 可以快速高效地研究amjs澳金沙门欢迎您驱动. 他的工作应用广泛，可以造福农业, 人类, 生态和研究本身.

例如, Finnigan 的团队开发了一种带有amjs澳金沙门欢迎您“开关”的amjs澳金沙门欢迎您驱动器，可以在不再需要 Cas9 时将其关闭. 团队的目标是开发此类安全机制，以便amjs澳金沙门欢迎您驱动在未来能够得到合乎道德的使用.

“我们希望研究如何更有效地控制amjs澳金沙门欢迎您驱动并构建更安全的系统,”芬尼根说.

育种amjs澳金沙门欢迎您

amjs澳金沙门欢迎您R 技术正在帮助兽医和研究人员利用新工具对抗动物疾病：遗传学.

“无论你是在谈论疫苗, 诊断或培育对amjs澳金沙门欢迎您更有抵抗力的动物, 一切都与遗传学有关,”雷蒙德·“鲍勃”·罗兰说, 教授 amjs澳金沙门欢迎您 在 amjs澳金沙门欢迎您学院, 研究猪病的人. “amjs澳金沙门欢迎您R 技术正在改变一切.”

amjs澳金沙门欢迎您R 可以将研究时间从几年缩短到几个月, 这对于猪病可以迅速发展和破坏的世界来说非常重要. Rowland 有几个合作项目，利用 amjs澳金沙门欢迎您R 来解决一些成为头条新闻的猪病, 例如非洲猪发烧与猪流行性腹泻病毒, 或 PEDv.

Rowland 还使用 amjs澳金沙门欢迎您R 来应对养猪业最具破坏性的疾病：蓝耳病, 或猪繁殖与呼吸综合征. 疾病让美国付出代价.S. 猪肉行业每年损失超过 6 亿美元, 根据研究人员的说法.

通过与兰德尔·普拉瑟的合作, 密苏里大学教授, 罗兰和他的团队已经培育出抗蓝耳病的猪. 使用 amjs澳金沙门欢迎您R-Cas9 技术, 研究人员发现，没有 CD163 蛋白的猪没有表现出任何迹象或证据感染PRRS病毒. CD163是病毒的受体.

Rowland 还发现，没有 CD163 蛋白的母亲能够抵抗 PRRS 病毒并生出健康的孩子, 正常仔猪. 这项amjs澳金沙门欢迎您可以为养猪户节省数百万美元，因为猪在关键的繁殖过程中免受 PRRS 病毒的侵害,罗兰说. 没有 CD163 蛋白的猪在它们之前正在接受进一步的评估可供生产者使用.

Rowland 将猪冠状病毒添加到他的研究领域，amjs澳金沙门欢迎您R 正在帮助他开发使猪同时抵抗多种病原体和病毒的方法.

另外, 猪是amjs澳金沙门欢迎您人类和其他动物疾病的良好模型物种. 罗兰和他的合作者治疗猪疾病的方法也可以帮助治疗人类疾病, 例如多发性硬化症或糖尿病.

“作为学者，amjs澳金沙门欢迎您的工作就是利用最新技术，让世界因为amjs澳金沙门欢迎您所做的事情而变得不同、变得更美好,”罗兰说.