新技术使动物的基因编辑大规模成为可能

在微小的蠕虫中工作，科学家们现在可以一举测试数千种基因突变的影响。

UO研究人员开发的一种新型基因编辑技术将以前需要数年的工作压缩到短短几天内，使动物模型中的新型研究成为可能。它将允许生物学家进行实验，比较基因的许多版本，寻找导致特定特征的突变并跟踪它们随时间推移的进化。

此类研究通常是确定与人类健康相关的突变或揭示人类疾病背后的机制的第一步。

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，我们花了很多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，“生物学实验室的研究生扎克史蒂文森说，他是生物学教授和临时UO总裁帕特里克菲利普斯，他帮助设计了这项技术。“这是绕过这个瓶颈的一种方式。

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中试用了该系统，秀丽隐杆线虫是一种微小的蠕虫，是生物学研究的热门物种。史蒂文森说，类似的方法最终可以在其他实验动物身上起作用，比如苍蝇或小鼠。

菲利普斯说：“基因工程微生物的DNA在过去三十年中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。“我们实验室开发的新方法可以作为一种全新的平台，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。

科学家们有很多理由可以解释为什么他们可能希望能够同时产生许多基因突变。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，在某些条件下更好地生存，或者不太容易受到疾病的影响。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，以找到最有效的变异。

这些实验在动物身上非常缓慢。每个突变菌株，一组具有特定基因修饰的蠕虫，必须单独设计。制造一个突变体“通常需要10到<>个小时的动手时间，”史蒂文森说。使用新系统，“对于制造三四个突变的相同劳动，你可以制造数万个突变。

为了加快速度，史蒂文森和他的同事们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。图书馆里的每本书都是一小段遗传密码，本身毫无意义，没有功能。每个片段都适合被靶向基因的工程间隙，就像基因Mad Libs拼图一样。

这种设计意味着研究人员可以将整个突变库注入一个蠕虫中，而不是单独向许多单独的蠕虫注射不同版本的基因。

然后，当蠕虫重现时，库会扩展。

在每个后代中，从突变库中随机选择一本书来完成靶向基因。当基因库中的一段滑入时，它会使基因活跃，就像拨动开关来完成电路一样。

结果：一组蠕虫都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，这是对虚构的神秘博士的时空旅行岗亭的俏皮致敬。在这里，它代表转基因阵列导致集成序列的多样性。就像虚构的TARDIS一样，蠕虫“内部更大，”史蒂文森说。也就是说，它包含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。

它可能对研究蛋白质之间的相互作用或细胞之间的信号传导特别有用，UO研究教授Stephen Banse建议，他帮助开发了TARDIS。Banse说，这种相互作用通常与理解疾病有关，但科学家在酵母或细菌中研究它们会失去重要的背景。

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