筛选文库以发现病毒感染的药物靶标

由于头条新闻突出了埃博拉病毒和寨卡病毒的威胁，桑迪亚国家实验室和加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员通过创建基于CRISPR的筛选库(定期聚集在一起)，联合发现和揭示感染的病毒机制。短回文重复)基因组编辑技术。

“CRISPR技术允许研究人员轻易地从宿主细胞中敲除或去除特定基因，”Sandia研究员Oscar Negrete说道，他正在开展Sandia项目，开发用于筛选寨卡病毒和其他许多病毒的文库。“CRISPR文库是为同时靶向大量基因而构建的。”使用这些库，研究人员可以快速了解这些基因的去除如何影响病毒感染。通过CRISPR文库筛选发现感染所必需的宿主基因，研究人员可以开始使用那些鉴定的基因或基因产物作为靶标来设计抗病毒治疗。

Negrete与加州大学洛杉矶分校分子筛选共享资源主任Robert Damoiseaux共同领导该项目。桑迪亚研究人员Joe Schoeniger，Sara Bird和Edwin Saada也正在开展为期一年的项目“用于功能基因组学筛选的Arrayed CRISPR库的开发”。这项工作是桑迪亚与加州大学洛杉矶分校之间首个合作研究与开发协议(CRADA)的一部分。

这项工作是在桑迪亚的实验室指导研究和发展计划下进行的，该计划投资于高风险，潜在高回报的科学，技术和工程挑战，具有对国家安全产生重大影响的巨大潜力。

“我们的CRADA的目的是使用一种替代的文库装配方法，以标准方法的一小部分成本生成阵列CRISPR文库，”Negrete说。“通过标准方法相对昂贵和劳动密集型逐个生产单个构建体，我们将开始使用被称为汇集库的CRISPR构建体的混合物，其易于生产且成本低廉，然后将混合物分离或排列使用高通量机器人设备进入单独的构造。使用新一代测序，我们可以解码构造以构建阵列格式化的库。“

“像一罐豆形软糖一样，汇集的CRISPR文库是一种复杂的混合物，”Negrete解释道。“另一方面，阵列库更像是单独包装和标记的软糖。当您从汇集的屏幕中识别出感兴趣的特定CRISPR时，您仍然必须运行反卷积实验才能知道您拥有的内容。在阵列库中，目标CRISPR已被标记，因此命中识别更容易，更快，更便宜。“

研究人员的目标是生成一个基因组规模的阵列CRISPR文库，但最初将专注于建立一个子库，该子库针对参与细胞通讯的膜蛋白，并作为病原体进入的受体。

阵列库可加速发现

CRISPR作为细菌防御系统在自然界中进化，现在作为强大的基因组编辑技术的基础。与其他基因编辑方法不同，CRISPR便宜，快速且易于使用。Negrete表示，CRISPR已经创造了一项生物技术革命，类似于发现用于制造数百万拷贝DNA片段的聚合酶链反应(PCR)技术。

“这项技术正在将医学推向一个全新的方向，研究人员正试图治愈任何具有遗传成分的疾病，”Negrete说。“使用CRISPR，理论上可以修改包括人类基因组在内的任何基因组。有朝一日它可以治愈任何数量的遗传性疾病。”

该CRADA工作将使用高通量筛选和测序方法开发针对阵列文库的有效途径。

“作为一种研究工具，CRISPR是功能基因组筛选的理想基因组工程系统，”Negrete说。“基于CRISPR的遗传筛选对于研究潜在遗传原因尚不清楚的疾病或表型特别有用。”

在CRISPR之前，科学家们严重依赖基于RNA干扰的遗传筛选，这种筛选很容易产生脱靶效应，并可能因靶基因的不完全敲除而导致假阴性。CRISPR系统可以在靶基因中进行高度特异性的永久性遗传修饰，并且已经用于筛选调节疾病相关表型的新基因。

使用CRISPR进行全基因组筛选的最常用方法涉及使用“合并”文库。汇集的CRISPR文库是数千种独特序列的复杂混合物，然后将其整批递送至单组细胞以筛选疾病表型。由于文库是批量递送的，因此表型分析是有限的。相比之下，阵列的CRISPR文库在多孔板中产生，其中每个孔含有靶向单个基因的载体制备物。使用这种类型的文库，可以探索由大量不同的细胞扰动引起的复杂表型。此外，阵列库提供对快速辅助后续屏幕的访问。

即用型库

将根据具体情况向更广泛的科学受众提供对这种新型CRISPR文库的筛选。桑迪亚还计划使用这些文库筛选病毒机制和药物靶标发现。

该分子筛选共享资源(MSSR)提供的高通量筛选服务，包括化学基因组学，功能基因组学和药物研发的综合范围。MSSR是一个开放的环境，欢迎来自加州大学洛杉矶分校和全球各地的学术研究人员。

“这只是这种技术应用的开始，”Negrete说。“如果我们能够对埃博拉病毒和寨卡病毒产生影响，那么我们就已经实现了目标。”