IGI 扩展到农业和微生物学研究

CRISPR研究所扩展到农业、微生物学
伯克利新闻 | 罗伯特·桑德斯 | 24 年 2017 月 XNUMX 日

加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校两年前发起的一项倡议，旨在使用 CRISPR-Cas9 基因编辑 开发新的疾病疗法正在扩展到对地球主要作物的研究中，但人们对其知之甚少 微生物组，并计划在未来五年内在这些领域投资 125 亿美元。

这笔资金不仅将增加对生物医学研究的支持，而且还允许更名的创新 基因组学 研究所挖掘潜力 基因 在全球重要的农业和微生物学领域进行编辑，并资助侧重于编辑人类、动物和植物的社会和伦理影响的项目 基因组.

“CRISPR-Cas9 技术只有四年的历史，正在突飞猛进，并且已经改变了医生处理疾病和科学家进行研究的方式，”IGI 创始人、分子与医学教授詹妮弗·杜德纳 (Jennifer Doudna) 说。 细胞 加州大学伯克利分校生物学和霍华德休斯医学研究所研究员。 “IGI 已经表明该技术可以治愈导致镰状细胞性贫血的缺陷，我们将在几年内进行临床试验。”

“但我们已经意识到，”她补充说，“在许多其他领域，更好的基因编辑工具可以促进全球健康，特别是通过改善作物和维持健康的微生物环境，这种环境已被证明可以预防疾病、改善作物产生并培育一个平衡的生态系统。 在加州大学伯克利分校，我们拥有植物科学和微生物学研究方面的专业知识，通过设计世界上大部分人口所依赖的高产、抗虫害的作物，以及培育对人类健康和人类健康至关重要的微生物种群，做出真正的贡献。地球的健康。”

https://vimeo.com/189469078

研究支持来自礼物、赠款和行业赞助，其中 43 万美元已收到。 30 万美元的承诺将与 50 万美元的配套捐款相结合，以确保余额。

由 Doudna 和她的同事 Emmanuelle Charpentier 于 9 年开发的 CRISPR-Cas2012 基因编辑技术因其易于使用、精确而风靡全球 的DNA 切割。 Cas9 蛋白质 可以很容易地靶向基因组中任何地方的 DNA 片段，在那里它产生一个 双链 切割以禁用基因或允许细胞插入一段新的 DNA。

2014 年，加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校的 Doudna 及其同事发起了创新基因组学计划，以完善 CRISPR-Cas9 工具，并将其用于寻找遗传疾病的治疗方法和治疗方法。 癌症 和神经退行性疾病。 与加州大学旧金山分校贝尼奥夫儿童医院奥克兰研究所和犹他大学医学院的科学家合作，这项努力已经以镰状细胞病的潜在治疗或治愈的形式取得了成果。 该方法最近从加州再生医学研究所获得了 4 万美元，以帮助将其变成一种可行的疗法。

UCSF 细胞分子药理学教授兼 HHMI 研究员 Jonathan Weissman 从一开始就帮助塑造了该计划，并将继续担任联合主任，帮助 Doudna 和其他人保持前两年的势头。

该计划的成功，其研究人员与阿斯利康和安捷伦等药物开发公司合作，导致了新的礼物和扩展到植物和 微生物 基因组编辑虽然不如人类基因组编辑发达，但在改善人类健康方面具有巨大潜力。

IGI 将使用部分新资金用于 征求研究建议 来自湾区机构的科学家，以追求人类健康、农业和微生物生态学的研究目标。 IGI 还将其总部和一些研究实验室迁入位于赫斯特大道和牛津街拐角处的能源生物科学大楼。

IGI 还计划与湾区的新 Biohub 密切合作，该中心最近由 Facebook 首席执行官兼创始人马克·扎克伯格和他的妻子、加州大学旧金山分校的儿科医生普莉希拉·陈 (Priscilla Chan) 提供了 600 亿美元的资金。 加州大学伯克利分校、加州大学旧金山分校和斯坦福大学之间的合作，Biohub 将使研究人员能够加速突破性科学和医学进步、应用和治疗的发展。 Doudna 是 Biohub 科学咨询小组的成员。

发展中国家的农作物

CRISPR-Cas9 具有创新医学疗法甚至治愈遗传性遗传疾病的潜力，以及减缓或阻止癌症、衰老或阿尔茨海默氏症等退行性疾病的新方法，因此在国际上引起了轰动。 在植物中的应用已经滞后，但也许不会持续太久。

“我认为 CRISPR-Cas9 在植物中的应用将比在生物医学领域的应用更多或更多，”加州大学伯克利分校植物和微生物生物学教授 Brian Staskawicz 说，他将指导 IGI 的农业部门. “仅在加利福尼亚州，我们就种植了 300 种不同的作物，其中许多是通过标准杂交育种改良的，这会引入各种不受欢迎的特性以及您想要的特性。 CRISPR-Cas9 使我们能够以过去无法做到的精确度引入基因，并有可能将育种周期缩短四到五年。”

一个问题是将 CRISPR-Cas9 植入种子以编辑植物的基因组。 迄今为止最好的技术是将 CRISPR 蛋白的基因通过 细菌 病原, 农杆菌，这也携带 RNA 要进行切割的“地址”。 一旦进入，基因就是 翻译 Cas9 蛋白——CRISPR-Cas9 的剪刀部分——与 RNA 连接并定位在所需的位置，切割和禁用基因。

IGI 现在聘请了前杜邦先锋公司的科学家 Myeong-Je Cho，他开发了一种方法，可以将完全组装的 CRISPR-Cas9 蛋白质/RNA 复合物直接射入植物细胞中，避免依赖细胞来翻译Cas9 基因与 Cas9 及其 RNA 伙伴的偶然相遇。

“这是植物再生能力的重大进步，”Staskawicz 说。

他预见到使用 CRISPR 子弹来创建所需的 突变 小麦、玉米和水稻等植物，以及对发展中国家很重要的植物，如木薯、可可和咖啡。

“植物育种者想要用来改良作物的许多基因来自相关的野生物种，但是当你进行基因杂交时，你带来了你不想要的基因，”他说。 “CRISPR-Cas9 将允许您仅从野生物种中获取感兴趣的基因，并将其直接插入到您试图进入田间的高级精英种子中的指定位置。 它真的将成为制造设计师植物的先进育种工具。”

地球的微生物组

Doudna 和 Charpentier 基于用于对抗的系统微生物开发了 CRISPR 基因编辑工具 病毒 感染。 现在，可以利用该工具来揭示微生物在人类、动物和植物以及农场土壤或地下矿井等多样化环境中的作用。

IGI 的微生物学工作将由加州大学伯克利分校地球和行星科学以及环境科学、政策和管理教授 Jill Banfield 领导，他研究栖息在极端环境中的微生物，例如废弃矿井中的有毒水坑、有毒物质下的泥土废物位点和人体肠道。 她的工作揭示了生命的惊人多样性，清楚地表明微生物——细菌及其表亲， 古 – 包括地球上的大部分物种。

“在我们对微生物及其在自然群落或微生物组中的功能的理解方面，我们正处于巨大鸿沟的边缘，”班菲尔德说。 “我们几乎不知道大多数微生物是生命的先驱，它们的进化历史几乎与地球本身一样古老，它们如何单独和协同工作以执行基本的环境过程。 尽管具有普遍性和普遍性，微生物仍然广为人知。”

她希望定制 CRISPR-Cas9 工具，以了解这些微生物（其中数以千计在科学上完全未知）如何生活和相互作用，并发现培养有益微生物和抑制有害微生物的方法。 这种探索还可以发现具有生物技术应用的新生物化学，类似于 CRISPR-Cas9。

生物医药

IGI 将继续追求提高 CRISPR-Cas9 的安全性、效率和可预测性的目标，这是治疗干预在不伤害患者的情况下发挥作用所必需的。 一旦该工具可以在不编辑基因组其他地方的基因的情况下可靠地定位，就有可能实现真正的个性化医疗，例如定制的诊断、护理和治疗。

“我们的目标是使有效基因编辑试剂的发现和工程民主化，以便可靠地将治疗干预措施以正确的规模交付到正确的地方，”雅各布·科恩说，他将继续担任 IGI 生物医学应用的负责人。 “在与广泛的临床医生和医师-科学家社区合作的同时，我们希望为镰状细胞病和其他血液疾病、免疫缺陷、眼部退行性疾病和心血管疾病等疾病开辟先河。 使用最好的可用技术进行精确的“基因组手术,'我们的最终目标是帮助医生改善患者的生活。”

Corn 的主要合作者之一和副主任是布鲁斯康克林，他是格莱斯顿研究所的研究员和加州大学旧金山分校的基因组医学教授。 Corn 和 Conklin 希望共同将“基因组手术”带到前沿，因为他们进一步开发创新技术以更好地治疗遗传疾病。