CRISPR VS TALEN!基因編輯效率誰勝出?

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CRISPR 是基因編輯領域中的突破性技術,2 位發現者更因此奪下 2020 年諾貝爾化學獎。它可幫助人們重寫 DNA 編碼,可望應用於特定疾病治療、農作物及其他生醫領域應用。

然而,脫靶效應(off-target effect)是基因編輯的其最大限制之一。若不小心剪錯基因片段,可能導致不預期生物體變化或環境危機(舉凡編輯農作物使生態系遭破壞)。而目前 CRISPR 在人體的應用僅限於編輯體細胞中的 DNA,非生殖細胞。

近年,全球研究人員為了增加基因編輯的精準度與功效,投入了大量時間與研究資本,更思考除了 CRISPR 之外其他基因編輯工具的可行性。

另一個基因剪刀:TALEN

除了 CRISPR 之外,TALEN(Transcription Activator-Like Effector Nuclease)為近幾年崛起的基因編輯技術,它是一種人工改造的限制性內切酶,能辨別出 33 至 34 個胺基酸序列,並進行 DNA 位點辨識、標靶與編輯。它辨識 DNA 序列方面的能力與 Cas9 相似,不過 2 者在接合 DNA 的方式上有所不同。

值得注意的是,由伊利諾大學厄巴納-香檳分校刊登於《Nature Communications》期刊一項新研究指出,在 DNA 特定區域中,TALEN 的表現會比 CRISPR 來的好。

該研究團隊利用顯微鏡與單細胞定序技術評估 TALEN 與 CRISPR 在哺乳動物的活體細胞表現。結果發現,TALEN 在辨識緊密折疊的異染色質(heterochromatin)區域的效率比 CRISPR 高出 5 倍,且基因編輯效率也高於 CRISPR;反而在未折疊且通常在轉錄中的真染色質(euchromatin)區域,CRISPR 表現更為出色。

研究猜測出現效率差異可能來自 2 個基因編輯平台尋找標靶位點的方式不同。TALEN 使用區域尋找(local search)、3D 擴散(3D diffusion)2 種方式來定位目標位點,而 CRISPR 只依靠區域尋找。

該研究結果具有 2 大意義

該研究結果具有 2 大意義。首先,過去被視為難以編輯的異染色質 DNA 區域未來將能透過 TALEN 解決,治療譬如脆弱 X 染色體症候群(Fragile-X syndrome)、鐮狀細胞貧血症(sickle cell anemia)等疾病。

再來,化學與分子生物工程教授暨實驗負責人 Huimin Zhao 博士指出,研究也反應出不同基因編輯工具能針對不同基因體進行編輯,且尚有許多基因編輯策略未被開發,而這可成為未來研究提升現有基因編輯工具精準度與效率的目標之一。

作者:Sahana Shankar
編譯:Tyler、基因線上編輯部

延伸閱讀:永久終止複製功能?創新 CRISPR 一次破壞轉移性癌細胞

參考資料:
1. https://geneonline.news/en/2021/02/01/talen-proves-to-be-a-better-gene-editor-than-crispr-in-densely-packed-dna/
2. https://news.illinois.edu/view/6367/1885424885
3. https://www.nature.com/articles/s41467-020-20672-5

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