神经科学家讨论使用CRISPR来加速大脑研究

基因编辑技术CRISPR已在全球范围内制作头条新闻，以改变生物体的遗传构成和治疗镰状细胞贫血等遗传疾病的潜力。它在许多地区具有巨大的潜力 - 包括神经科学。

“神经科学家目前正在使用这种技术来解开大脑的作品和希望有一天适应各种神经系统疾病的治疗和治疗，具有一定的形式的盲目，可能是最迫切的，”Provost O'Connor-Giles，Provost的助手布朗大学脑科学教授。“神经科学的可能性很广阔。”

CRISPR技术使研究人员能够精确地切割和改变细胞的DNA。利用CRISPR，科学家可以通过引入突变(包括那些与疾病相关的突变)来探测模型生物体中构成神经系统功能基础的基因。这使科学家能够研究基因变化对神经系统发育、功能和行为的影响。

CRISPR由两部分组成:一种是Cas9，它是一种剪切DNA的酶，通常被称为分子剪刀;另一种是被称为gRNA的合成RNA分子，可以通过编程识别基因组中的特定位点。

布朗大学卡尼脑科学研究所的奥康纳-贾尔斯说:“你可以把Cas9定位在基因组的几乎任何地方，然后它会在那里切割DNA。”“这就打开了一扇窗口，通过劫持细胞的DNA修复机制，重新编码DNA。”这让我们可以做各种事情，比如删除一个或多个基因，或引入不同种类的突变。”

O'Connor-Giles讨论了她和她的团队如何使用CRISPR技术，以及像她希望将来这样做的神经科学家，在4月27日的27个Carney对话的情况下，她将进一步探索基因的潜力在神经科学中编辑技术。

问：为什么CRISPR对神经科学很重要？

调节神经系统发育，功能和维护的许多基因都明白。改变这是我们实验室的主要研究领域之一。随着确定遗传变化导致非典型神经发育的变化变得更容易，许多无特征基因与神经系统紊乱有关。CRISPR允许我们迅速生成动物模型，以研究这些基因如何在完整的神经系统中起作用。

类似地，CRISPR可用于研究人细胞中的基因突变。神经元可以用改变的基因诱导干细胞，以及疾病导致变化的干细胞被CRISPR进行修复。这使神经科学家能够研究疾病相关的遗传变化在人们确切的遗传背景下的影响，了解如何改变在该人神经元的特定背景下损害神经系统。这是重要的，因为我们所有人都有略微不同的基因组，在整个过程中撒上较小的变化可能会改变疾病相关变化的效果。

组合，用CRISPR技术产生的动物和干细胞模型是理解神经系统疾病的强大工具。我们可以使用CRISPR来研究脑老化基因差异的影响。我们还可以使用模型生物中的CRISPR来识别在神经系统中起重要作用的新基因。我们越来越多的，这更有可能是，当发现基因的变化在患者体内患有神经系统疾病时，我们已经了解基因所做的和可能提供的方法，或有前途的调查途径。

问：你什么时候第一次听到CRISPR并意识到你想要将其纳入您的研究？

2012年，我的实验室希望使用基因编辑来研究我们已被确定为大脑中候选沟通的候选监管机构的新基因。我们开始通过努力改善苍蝇中的基因编辑方法，然后仍然是耗时的，并且往往是不可能的。

我们遵循基因编辑的任何发展，一旦Doudna和Charpentier实验室表明它可以用于编辑管中的DNA，我们就开始关注CRISPR。当多个实验室在2013年1月和2月在2013年2月展示时，CRISPR可以在细胞中工作，它立即明确表示这种方法与在特定部位的基因编辑切割DNA中的第一步是简单的 - 即将得到。因此，我们决定立即将我们的努力集中在苍蝇中，并与Jill Wikeonger和Melissa Harrison的实验室组成了合作。我们有第一个证据表明CrispRP在2013年4月在苍蝇中工作，我们将在下一个月发表结果。这使我们能够在苍蝇中基本上编辑基因，我们优先考虑我们的试剂和方法的开放分配，以确保整个苍蝇社区是正确的。这是一个非常令人兴奋的时刻，我很激动到它的一部分。影响一直持续持久，随着CRISPR完全彻底改变了我们研究实验室中神经元基因的能力。

问：你如何看待Crispr造成脑病的治疗和治愈？

CRISPR极大地扩展了我们研究模式生物和干细胞疾病机制的能力，这样我们就能理解为什么神经功能会受到负面影响。这一基础研究是目前CRISPR影响最大的领域。例如，在我们的实验室，我们正在使用CRISPR来研究那些已经被认为与智力残疾有关的基因，但尚未在大脑环境中进行研究。虽然CRISPR也有可能用于治疗神经系统疾病，但这需要与DNA断裂相关的风险进行平衡。将CRISPR组件运送到大脑细胞中也是一个挑战。由于这个原因，涉及眼睛中更容易获得的神经元的视网膜疾病是目前神经系统中基于crispr的治疗最有希望的候种。

问:使用CRISPR来操纵人类的遗传物质有哪些挑战?

我认为，在考虑操纵人类基因组时，有三个主要问题。首先，安全性——我们能否在不引入突变风险的情况下使用CRISPR ?破坏DNA本身就有风险。细胞不一定会按计划修复破损，我们可能会在基因组中意想不到的位置破坏DNA，意外地引入新的突变可能会破坏其他基因的功能并根据受影响的基因或造成不同的有害影响基因。

二，疗效 - 我们可以实际上对人类进行克里克，足够高的效率可用于治疗疾病吗？正如我所提到的，这里的主要瓶颈是将CRISPR组件交付给相关的细胞。这在人类神经系统中尤其如此，其数十亿神经元。

第三，有道德问题，例如，周围的公平获取基于CRISPR的疗法以及使用CRISPR以改变超出矫正疾病相关变化的基因组。这是一个超越科学的关键问题，并且应该涉及我们所有人都在努力思考我们如何做，并且不想在人类中使用基因编辑。这是我们对CRISPR的基本了解这一切的主要原因之一，它可以既不能做到，以及如何在相对不久的将来变化。

问:作为一种研究工具的技术是如何变化的?它有哪些改进的途径?

CRISPR的准确性和有效性正在稳步提高。新的CRISPR系统具有独特的特性——例如靶向RNA而不是dna——一直在被识别。科学家们还在不断设计新的应用，比如使用碱基编辑器，使基因编辑无需引入DNA断裂的风险，或者采用CRISPR的rna切割形式来检测病毒或细菌。CRISPR在许多方面都在迅速发展，我完全相信在未来几年我们会看到很多进步。

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