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「更脆序列」–CRISPRs

103/10/28 瀏覽次數 4219
從細菌免疫到基因療法

CRISPRs是古細菌及細菌中的一種特殊序列,由24到48個鹼基對的重複序列組成,重複序列間有數個相鄰的間隔序列(spacer),用來辨識外來的核酸,配合核酸酶,組成CRISPR系統,專一性剪切入侵的嗜菌體DNA或其他外來的核酸,並能抓取外來的核酸片段成為新的間隔序列,增加免疫的多樣性。此專一性與人類B細胞可對應外來抗原產生抗體相似,被認為是細菌的「後天免疫系統」。

此種防衛機制可用於增強產業用細菌對病毒的抵抗力,如:在乳製品業中增加乳酸菌對抗噬菌體的能力,或釀酒業用於酵母菌對抗製程中的病毒汙染,保持產品純度、風味及產量。

細菌有不同種類的間隔序列,類似噬菌體等病毒的序列,用於防禦外來核酸的入侵;有些間隔序列則和細菌本身的序列相似,可能參與本身基因的調控。近年來,許多研究者利用CRISPR系統會專一性剪切的特性,調控基因的表現。此技術只需合成一段特定的RNA,就可以修改目標序列,較傳統方法以複雜步驟合成蛋白質,再辨認及切除目標序列簡單且有效率,對基因改造有極大潛力。

到2013年間已有許多研究團隊利用CRISPR系統成功調控各種模式生物的基因表現,如:酵母菌、線蟲、斑馬魚、水稻、小麥、小鼠及哺乳動物細胞等,也將此技術用於建構小鼠的突變模式。

在2013年底,張鋒(Feng Zhang)與Eric Lander建置線上CRISPRs資料庫,增加此技術的使用方便性及普及性。另外,此技術也為基因療法帶來新希望:傳統的基因療法利用病毒載體將特定的基因送入細胞,只能表現所需的蛋白質,不能修復已損壞的基因;而CRISPR系統可修復特定位置的序列,有望徹底治療基因突變造成的遺傳性疾病,尤其是單基因突變造成的罕見遺傳性疾病,科學家已嘗試應用於小鼠模式及人類細胞中,2014年3月Hao Yin在成年小鼠模式中成功治療基因突變所引起的酪胺酸血症,2014年5月Gang Bao也在人類細胞中,成功修正了造成鐮刀型紅血球的突變,惟,欲應用於臨床治療,須杜絕此系統在非目標位置作用的可能性。如何精準控制此系統的切割位點,為現今亟需解決的問題。(本文由科技部補助「學習在雲端―揭開科學與科技的神秘面紗」執行團隊撰稿)

責任編輯:盧妍竹
審校:張惠博
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