新技术使在动物中进行大规模基因编辑成为可能将工作时间缩短数年

在极小的蠕虫中工作，科学家们现在可以一举测试数千种基因突变的影响。俄勒冈大学(UO)研究人员开发的一种新的基因编辑技术将以前需要数年的工作压缩到短短几天内，从而使动物模型中的新研究成为可能。它将允许生物学家进行比较基因的多个版本的实验，寻找导致特定特征的突变并跟踪它们随时间的演变。

此类研究通常是识别与人类健康相关的突变或揭示人类疾病背后机制的第一步。

虽然已经为细菌和酵母等单细胞生物开发了大规模基因编辑技巧，但这是第一次在动物身上实现这种规模。

“在生物学中，我们花费大量时间研究基因突变体。但在动物中，我们受到一次可以制造多少基因突变体的限制，”帕特里克菲利普斯实验室的研究生扎克史蒂文森说。谁帮助设计了这项技术。“这是绕过这个瓶颈的一种方法。”

史蒂文森和他的同事在发布到bioRxiv的预印本中描述了他们的新技术。

他们已经在秀丽隐杆线虫(C.elegans)中试用了该系统，这是一种在生物学研究中很受欢迎的小型蠕虫。史蒂文森说，类似的方法最终可能适用于其他实验室动物，如苍蝇或老鼠。

“在过去的三十年里，微生物DNA的基因工程一直是生物技术革命的基础，但在动物系统中很难大规模地做到这一点，”菲利普斯说。“我们实验室开发的新方法可以作为一个平台，以一种全新的方式使用简单的动物作为合成生物学的基础，就像细菌和酵母已经使用了一代人一样。”

科学家可能希望能够同时产生许多基因突变的原因有很多。例如，他们可能正在寻找一种突变，这种突变可以使动物对特定药物产生抗药性，或者能够在某些条件下更好地生存，或者不太容易感染疾病。他们可能需要筛选一个基因的数十种甚至数百种可能的变异，才能找到最有效的变异。

这类实验在动物身上非常缓慢。每个突变株——一组具有特定基因修饰的蠕虫——必须单独设计。史蒂文森说，制造一个突变体“通常需要七到十个小时的动手时间”。使用这个新系统，“同样的劳动可以制造三四个突变，你可以制造数万个。”

为了加快速度，史蒂文森和他的同事设计了一种将数百甚至数千个可能的突变压缩到一个“库”中的方法。图书馆里的每一本书都是一小段遗传密码，本身毫无意义且不起作用。每个片段都适合目标基因中的一个工程缺口，就像一个基因疯狂的图书馆谜题。

这种设计意味着，研究人员可以将整个突变库注入一条线虫，而不是单独向许多单独的线虫注入不同版本的基因。

然后，当蠕虫繁殖时，图书馆就会扩大。在每个后代中，随机选择突变库中的一本书来完成目标基因。当基因库中的一个片段滑入时，它会使基因激活，就像打开一个开关来完成一个电路一样。

结果：一系列蠕虫都具有不同的随机选择的基因突变。

研究人员将他们的技术命名为TARDIS——这是对Dr.Who的时空穿梭派出所的俏皮致敬。在这里，它代表导致集成序列多样性的转基因阵列。史蒂文森说，就像虚构的TARDIS一样，蠕虫“内部更大”。(也就是说，它含有大量额外的遗传物质。)

研究人员用一种赋予蠕虫抗生素抗性的基因测试了TARDIS。但他们看到了生物学的广泛应用，包括对其他模式生物的研究。

帮助开发TARDIS的UO研究教授StephenBanse建议，它对于研究蛋白质之间的相互作用或细胞之间的信号传导可能特别有用。Banse说，这种相互作用通常与理解疾病有关，但科学家们通过在酵母或细菌中研究它们而失去了重要的背景。“现在我们可以在动物模型中做这些事情。”