诺奖背后 | 一条鱼被用来研究人类疾病

发布时间:2022-07-25

 

如果问 21 世纪生命科学领域最重要的里程碑事件,那一定非 CRISPR 基因编辑技术莫属。2012年6月28日,《Science》杂志发表了一篇论文,宣布 CRISPR 这一全新基因组编辑工具横空出世。

在接下来的 10 年里,随着 CRISPR 技术的不断发展和应用,也深刻地影响了生命科学和医学领域的诸多科学研究。该技术的两位先驱JENNIFER A. DOUDNA 和 EMMANUELLE CHARPENTIER 也于 2020 年获得了诺贝尔化学奖。

正如《nature》杂志 2021 年 10 大科学新闻的介绍中所说:「CRISPR 基因编辑技术自问世以来,一直被视为治疗疾病的规则改变者。」CRISPR 基因编辑技术这一后起之秀,通过对目标基因 DNA 片段进行删除、替换、插入、定点突变等精确编辑,以获得新的功能或表型,甚至可以创造新的物种,成为了风靡全球生命科学领域实验室的宠儿。CRISPR 基因编辑技术具有:

广泛的研究物种。在大鼠、小鼠、斑马鱼、果蝇等动植物(细胞)及细菌等微生物中进行基因组靶向改造。

多领域应用潜力。在功能基因组研究、疾病防治、动植物育种、动物疾病模型开发、基因治疗等领域展现出巨大的应用前景。

一、一条鱼的使命,推动人类疾病研究进展

 

2013 年 2 月,CRISPR/Cas9 技术被成功应用于斑马鱼。斑马鱼,作为一种已完成基因测序的模式生物,其与人类基因同源性高达 87%。且具有饲养成本低、产卵量大、发育周期短、透明易观察等优点,在进行高通量筛选、基因编辑时具有其他动物不可比拟的优势。

 

fgfr3 基因敲除影响斑马鱼的骨骼发育

(参考文献:Xianding Sun 等,Theranostics,2021)

复杂的基因编辑加上实时高分辨率成像,可以前所未有的分子细节和分辨率对疾病发展过程进行捕捉以及疾病的建模。

至关重要的是,对斑马鱼进行精确的基因编辑,可以生成人类疾病等位基因的模型,在斑马鱼身上建模的疾病通常代表了人类疾病的真实模型,捕捉了疾病的病因学、进展和解决过程,广泛应用于各种癌症、遗传病、肝脏疾病、心脑血管疾病、血液疾病、心脏病、行为障碍、中枢神经系统疾病等等。

 

斑马鱼 CRISPR 基因编辑技术,应用十分广泛,例如:

1)评价人类基因的作用与功能;

2)解析其在遗传与发育上发挥作用的分子机制;

3)通过基因组改造(基因敲除、敲入和转基因等)构建先天性心脏病、慢性心衰、扩张型心肌病、癌症等各种人类疾病的斑马鱼模型;

4)表型模拟人类疾病的病症;

5)通过高通量药物筛选技术,筛选和发现治疗靶点药物;

6)研究分子遗传病的病理机制,确认疾病的致病基因;

7)基因治疗等生物医药的研发等等。

 

Cre 诱导 kdrl 敲除影响斑马鱼的血管生成

(参考文献:Shanye Gu 等,Journal of Molecular Cell Biology,2020)

二、基因编辑技术助力科研新突破

近年来,随着斑马鱼基础研究的深入及基因测序技术的发展,斑马鱼基因编辑技术在基因敲除、基因敲入、转基因品系订制及表观遗传修饰等方面的应用日益广泛,为基因组研究、新的癌症治疗方法的研发、遗传性疾病的攻克等领域提供了全新的研究切入点及应用方向,也让我们见证着生物学上的突破对人类生命和健康质量提高的巨大影响。

环特生物,依托 10 余年的斑马鱼基因编辑经验,深度挖掘、创新斑马鱼技术的应用场景,已为 150 多家单位提供斑马鱼基因敲入、敲除、基因沉默、定制转基因技术服务及斑马鱼疾病模型开发等专业的基因编辑技术服务。公司可以实现构建复杂基因敲入,包括点突变、条件性敲除等难度较高斑马鱼基因编辑技术服务,累计成功制备了 150 多个基因敲入品系,测试超过 1,000 个 gRNA 靶点,推动了诸多前沿基因功能研究取得了突破性进展,为斑马鱼基因编辑技术在更加广泛的研究领域内的创新性应用奠定了坚实的技术基础。

除基因编辑技术外,科学家已利用斑马鱼模型开展多个热门方向的研究,比如近几年开发的在斑马鱼中移植人源肿瘤细胞构建斑马鱼移植瘤模型,尤其是构建斑马鱼 PDX(patient-derived xenograft)模型,并已相继成功构建了斑马鱼肺癌、结肠癌、卵巢癌等 PDTX。该模型能够快速为临床肿瘤患者筛选出敏感的肿瘤化疗药和靶向药物,为临床肿瘤病人节约治疗时间成本和经济成本,也提高了肿瘤患者的生活质量。


 

利用人源肺癌细胞系构建斑马鱼肺癌移植瘤模型

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