基因驱动可逆性引入了新的生物安全层

与他们开发的第一个合成基因驱动器相比 - 这大大增加了特定基因传递给所有后代的机会 - George Church博士和Kevin Esvelt博士帮助开创了积极主动的生物安全措施确保在密闭的实验室实验中有效和安全地研究基因驱动。他们设想使用被称为CRISPR-Cas9的RNA引导基因编辑系统设计的合成基因驱动器 - 其作用类似于一对分子剪​​刀来精确切割或编辑DNA - 有朝一日可以在实验室外使用以防止致命的传播昆虫和动物传播的疾病，根除威胁生态系统和农业的入侵物种。

现在，在11月16日发表在Nature Biotechnology上的一项新研究中，由哈佛大学和哈佛医学院(HMS)的Wyss生物启发工程研究所的Church和Esvelt领导的团队展示了有效的基因驱动和推出工作的保护机制。这是一种扭转其传播变化的首创方法。

“任何对现代技术可逆性的要求都需要有力的证据，”教会是Wyss核心教员，HMS的遗传学Robert Winthrop教授，哈佛大学和麻省理工学院健康科学与技术教授。“这是合成生物学领域朝着这个方向迈出的重要一步。”

与Wyss研究所合成生物学平台的研究人员一起，作为Wyss技术开发研究员的Church和Esvelt领导了基因驱动研究界，讨论负责任的实验室行为以及保护基因驱动研究的主动限制指南。他们的最新研究验证了其团队开发的保护协议的有效性，例如增加和改善的物理生物防护障碍以及引入所谓的“分子限制”机制，这些机制使用基因工程来阻止实验室生物在极不可能的情况下生存和繁殖他们曾逃过生态系统的事件。

“基因驱动研究界一直在积极讨论如何保护共享生态系统，现在我们已经证明所提出的保护措施非常有效，因此应该被每个相关实验室生物体中的每个基因驱动研究人员使用，”Esvelt说。 。

CRISPR基因驱动通过使用RNA序列来指导基因切割Cas9蛋白质到特定的靶基因进行编辑。该团队开发的分子限制机制通过操纵这些生物成分来防止基因驱动在野外发挥作用。通过分离引导RNA和Cas9蛋白使它们不在同一生物体中一起编码，或通过将人工序列插入靶基因中，基因驱动只能在实验室生物中激活，因此不能在野生。

“在实验室中使用酵母，我们还发现使用基因驱动对人群施加的特性可以逆转，”该论文的第一位共同第一作者James Dicarlo说，他是Wyss Institute和HMS的研究生助理。该团队指出，使用这种保护措施，基本上任何由基因驱动介导的人口水平变化都可能随后在需要时被覆盖。在这种情况下，最初施加的特性将被逆转，并且CRISPR基因驱动系统的生物“机制” - 指导RNA和Cas9蛋白 - 将在生物体的DNA中保持存在，尽管是无活性的。

可逆性机制不仅仅是一个有用的备份，以防基因驱动器出现意想不到的副作用; 有朝一日，强加或逆转基因驱动效应的能力也有助于管理传播疾病的生物，如蚊子，入侵物种和破坏作物的昆虫。

虽然在基因驱动之前需要在实验室中进行更多的研究，以便在限制性实验室实验之外可以使用，研究人员现在可以安全地进行这些实验。与此同时，基因驱动本身就是有用的实验室工具，可以干扰实验室生物的基因组，并开启对基因复杂相互作用的新见解。

“基因驱动技术具有解决全球问题的巨大潜力，例如疟疾，我们今天没有解决方案，”Wyss研究所创始主任Donald Ingber医学博士说，他也是血管生物学的Judah Folkman教授。 HMS和波士顿儿童医院和哈佛大学生物工程教授John A. Paulson工程与应用科学学院。“但该领域需要积极发展保障机制和可逆性能力，以确保这项新技术的安全，并实现其创造良好的巨大潜力。我很自豪我们的团队 - 由乔治·丘奇和凯文·埃斯维特领导 - 正在支持这项指控。 “