Nature子刊：一步法对细胞基因组进行多次编辑

基因组编辑已经成为一种被广泛采用的技术，用于修改细胞中的DNA，使科学家能够在实验室中研究疾病，并开发出修复致病突变的疗法。但是，使用当前的方法，一次只能在一个位置编辑单元格。

现在，格拉德斯通研究所的一组科学家已经开发出一种新方法，使他们能够在细胞内的多个位置同时进行精确的编辑。利用一种叫做逆转录酶的分子，他们创造了一种工具，可以有效地修改细菌、酵母和人类细胞中的DNA。

“我们希望通过工程工具来突破基因组技术的界限，帮助我们研究生物学和疾病的真正复杂性，”副研究员Seth Shipman博士说，他是《Nature Chemical Biology》上发表的一项新研究的高级作者。

征服的局限性

Seth Shipman是逆转录酶领域的领军人物，逆转录酶是细菌免疫系统中的分子成分，可以产生大量的DNA。2022年，通过将逆转录酶与CRISPR-Cas9基因组编辑相结合，他的实验室开创了一种快速有效地编辑人类细胞的系统。

在这项新研究中，研究人员希望利用他们的系统来克服当前基因组编辑方法的局限性。

“如果你想在基因组的多个位置编辑一个细胞，而这些位置彼此不靠近，在此之前的标准方法是一个接一个地进行修改，”该研究的第一作者之一、Shipman实验室的博士后学者亚历杭德罗González-Delgado博士解释说。“这是一个费力的循环:你首先要编辑，然后用编辑过的细胞引入另一个编辑，如此循环。”

相反，研究小组发现了一种编码逆转录的方法，这样它就可以产生不同的DNA部分。当传递到细胞中时，这些被称为“多定子（multitrons）”的基因工程逆转录酶可以同时进行多次编辑。

multitrons的另一个好处是它们能够删除基因组的大部分。

González-Delgado说:“有了multitrons，我们可以进行连续的删除，切除和折叠我们所瞄准的基因组区域的中间部分，使遥远的两端靠近，直到整个区域被完全删除。”

许多潜在的应用

作为他们研究的一部分，Shipman和他的团队展示了他们的新方法在分子记录和代谢工程中的直接应用。

他们之前已经证明，逆转录因子可以用来记录细胞中的分子事件，提供细胞活动及其环境变化的详细日志。有了multitrons，研究人员扩展了这种方法，现在可以以更高的灵敏度进行记录。

“multitrons允许我们同时记录非常弱和非常强的信号，扩大了我们记录的动态范围，”González-Delgado说。“最终，我们可以想象在肠道微生物组中实现这种工具，以记录炎症等信号。”

至于代谢工程，科学家们表明，multitrons可以用来同时编辑代谢途径中的多个基因，以迅速增加细胞内目标物质的产量。他们在一种名为番茄红素的强抗氧化剂上测试了他们的方法，并成功地将这种化合物的产量提高了三倍。

Shipman说:“为了开始对复杂的遗传疾病进行建模，并最终找到治疗方法或治愈方法，我们需要同时对细胞进行许多不同的突变。我们的新方法是朝着这个方向迈出的一步。”

Simultaneous multi-site editing of individual genomes using retron arrays