最大的CRISPR-Cas9突變研究創(chuàng)造了基因編輯的預(yù)測(cè)工具

到目前為止，規(guī)模最大的CRISPR效應(yīng)研究已經(jīng)開發(fā)了一種方法來(lái)預(yù)測(cè)CRISPR-Cas9基因編輯可以引入的細(xì)胞的確切突變。威爾斯桑格研究所的研究人員編輯了4萬(wàn)個(gè)不同的DNA片段，分析了數(shù)千萬(wàn)個(gè)DNA序列，揭示了基因編輯的影響，并為結(jié)果開發(fā)了機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)工具。這將有助于使用CRISPR-Cas9的研究人員研究疾病機(jī)制和藥物靶點(diǎn)。

今天在《自然生物技術(shù)》(Nature Biotechnology)上(11月27日)報(bào)道，新的資源將使科學(xué)家能夠預(yù)測(cè)最佳序列，并使CRISPR-Cas9基因編輯更加可靠，因此更便宜、更有效。

CRISPR-Cas9 *是一種基因編輯技術(shù)，使研究人員能夠在基因組的任何地方切割DNA，產(chǎn)生突變并關(guān)閉特定的基因。全世界的科學(xué)家都在利用這項(xiàng)重要的技術(shù)來(lái)研究哪些基因?qū)τ趶陌┌Y到罕見(jiàn)疾病的各種疾病是重要的?，F(xiàn)在，它正在進(jìn)行治療試驗(yàn)，以糾正人類基因中的有害突變。

引導(dǎo)特定的RNA與目標(biāo)DNA的精確序列結(jié)合，引導(dǎo)Cas9“剪刀”在正確的位置切割DNA。然而，很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)最終的突變會(huì)是什么，因?yàn)楫?dāng)細(xì)胞修復(fù)和斷裂時(shí)，往往會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的變化，重新連接脫氧核糖核酸的兩個(gè)切割端。

為了研究這一點(diǎn)，研究人員創(chuàng)建了40，000多對(duì)不同的目標(biāo)DNA和引導(dǎo)RNA，并編輯了CRISPR-Cas9基因。通過(guò)對(duì)不同細(xì)胞中的每一對(duì)進(jìn)行深度測(cè)序，他們可以詳細(xì)分析DNA切割和重新連接的方式。他們發(fā)現(xiàn)修復(fù)依賴于DNA的精確序列和指令，并且在相同的序列中是可重復(fù)的。

然后，研究人員使用大量的串行數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算工具，該工具創(chuàng)建通用規(guī)則來(lái)確定修復(fù)結(jié)果。這個(gè)程序(稱為FORECasT)使他們能夠僅使用目標(biāo)DNA序列來(lái)預(yù)測(cè)修復(fù)的序列。

Wellcome Sanger Institute的第一作者之一Luca Crepaldi博士說(shuō)：“我們對(duì)CRISPR-Cas9的功能進(jìn)行了迄今為止規(guī)模最大、最全面的研究，為我們的研究過(guò)程分析了超過(guò)1億個(gè)DNA序列。我們證明細(xì)胞以同樣的方式修復(fù)特定的靶序列，并證明細(xì)胞機(jī)制的功能是可重復(fù)的。

Wellcome Sanger研究所的第一作者Felicity Allen博士說(shuō)：“在編輯完CRISPR-Cas9后，我們發(fā)現(xiàn)了可復(fù)制的DNA修復(fù)，結(jié)合了我們生成的大量序列數(shù)據(jù)，這意味著我們可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)創(chuàng)建預(yù)測(cè)工具。我們的資源可以預(yù)測(cè)通過(guò)編輯CRISPR-Cas9基因產(chǎn)生的確切突變，僅從目標(biāo)DNA的序列。它將為未來(lái)的CRISPR-Cas9應(yīng)用節(jié)省時(shí)間和資源，并且可以被所有使用基因的研究人員使用。編輯健康和疾病?！?

Wellcome Sanger研究所論文的資深作者Leopold Parts博士說(shuō)：“CRISPR-Cas9是一個(gè)非常重要的系統(tǒng)，可以將DNA突變引入DNA，用于研究和前瞻性治療。我們的研究使科學(xué)家能夠更好地理解其工作原理，我們的轉(zhuǎn)化方法使人們能夠預(yù)測(cè)每個(gè)CRISPR-Cas9編輯器在細(xì)胞中的影響。這可以更好地設(shè)計(jì)編輯實(shí)驗(yàn)，并可能導(dǎo)致未來(lái)的治療應(yīng)用?！?

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