摘要:线粒体是一种产生能量的细胞内细胞器,含有线粒体 DNA (mtDNA) 形式的自身遗传物质,mtDNA 编码对线粒体功能至关重要的蛋白质和 RNA。一些 mtDNA 突变可导致线粒体相关疾病。线粒体疾病是一组无法治愈的异质性遗传疾病,其中突变的 mtDNA 通过母体卵细胞质从母亲传递给后代。线粒体置换 (MR) 是一种基因组转移技术,其中携带疾病相关突变的 mtDNA 被假定无病的 mtDNA 取代。这种疗法旨在防止已知致病的线粒体传给下一代。这里介绍了通过基因组编辑专门去除或编辑 mtDNA 疾病相关突变的概念证明。尽管在核移植过程中引入人类卵母细胞的线粒体 DNA 携带量很低,但线粒体 DNA 异质体的安全性仍然令人担忧。对于供体-受体线粒体 DNA 错配 (mtDNA-mtDNA)、受体 nDNA 与供体 mtDNA 混合导致的线粒体 DNA-核 DNA (nDNA) 错配以及线粒体 DNA 复制分离,尤其如此。这些情况可能导致线粒体 DNA 遗传漂变和回复到原始基因型。在这篇综述中,我们讨论了有关通过核移植预防线粒体疾病遗传的当前知识状态。
一个多世纪以来,科学界一致认为,终末分化细胞的细胞核无法控制后代的发育。多莉的诞生推翻了这一理论,多莉是第一只使用成年体细胞作为核供体通过核移植产生的动物。随着这一范式转变,各种各样的动物都通过体细胞核移植被克隆出来。再加上现代基因组工程技术,体细胞核移植已成为生产转基因农场动物的首选方法。这为研究基因功能开辟了新的机会,并促成了各种人类状况和疾病的动物模型的建立,或改善了牲畜的健康。生殖 (2021) 162 F1–F10
犬髋关节发育不良 (HD) 是一种由遗传和环境因素相互作用引起的多因素疾病。HD 主要发生在中型到大型犬身上,是一种引起剧烈疼痛并需要手术干预的疾病。然而,手术过程并不简单,改善这种情况的唯一方法是将患有 HD 的个体狗排除在繁殖计划之外。最近,基于 CRISPR-Cas9 系统的新型基因组编辑工具 prime editing (PE) 已在植物和小鼠中得到开发和验证。在这项研究中,我们首次成功纠正了拉布拉多猎犬中与 HD 相关的突变。我们从一只被诊断为 HD 的狗身上收集了细胞,使用 PE 纠正了突变,并通过体细胞核移植产生了突变纠正的狗。结果表明,PE 技术可以作为纠正狗基因缺陷的平台。
牛病毒性腹泻病毒 (BVDV) 是影响全世界牛种健康和福祉的最重要病毒之一。在这里,我们使用 CRISPR 介导的同源定向修复和体细胞核移植来生产活体小牛,其牛 CD46 的 BVDV 结合域中有六个氨基酸被替换。结果是,经过基因编辑的小牛对感染的易感性显著降低,衡量标准是临床症状减少和白细胞中没有病毒感染。编辑后的小牛没有脱靶编辑,在 20 个月大时看起来正常健康,没有明显的靶向编辑的不良影响。这种精准繁殖的概念验证动物首次证明了 CD46 基因中的有意基因组改变可能会减轻牛的 BVDV 相关疾病负担,并且与我们使用细胞系和匹配的胎儿克隆进行的分步体外和离体实验一致。
我们报告了通过体细胞核移植 (SCNT) 和胚胎碱基编辑克隆了一只 12 岁的转基因绿色荧光蛋白 (GFP) 猴,同时对腺嘌呤碱基编辑器 (ABE) 进行了安全性评估。我们首先展示了 ABEmax 通过在 293T 细胞中对 GFP 序列进行 A 到 G 编辑来沉默 GFP 的能力。随后,使用表达 GFP 的猴子的供体细胞,我们成功生成了 207 个 ABEmax 编辑 (SCNT-ABE) 和 87 个野生型 (SCNT) 胚胎,用于胚胎移植、基因分型以及基因组和转录组分析。使用一种名为 OA-SCNT 的新方法,对 SCNT-ABE 和 SCNT 胚胎进行比较以进行脱靶分析,而无需遗传变异的干扰。在编辑的猴胚胎中,ABEmax 不会诱导明显的脱靶 DNA 突变,但会诱导广泛的脱靶 RNA 突变,其中 35% 是外显子。研究结果为ABE的临床应用提供了重要参考。
摘要 本章介绍了基于压电致动器的微/纳米定位器及其在保护生态系统生物多样性和实现可持续制造业方面的作用。这些定位器具有微/纳米分辨率的精确度,并且改进和辅助了繁殖和体细胞核移植,在保护濒危物种免于灭绝方面发挥着越来越重要的作用。研究表明,这些技术可能是我们减缓自然退化的关键因素。此外,压电驱动微/纳米定位器是附加精度提高系统的基础,该系统可以使过时的机床重新投入使用,只需进行微小改动,性能水平高于新机器。这避免了(并可以进一步防止)能源和材料的浪费,因为过时的机器或其主要部件否则将被丢弃。此外,压电驱动微定位器在振动辅助加工中起着重要作用,可降低能耗、提高产品质量并延长机器使用寿命。
直接对人类胚胎进行基因改造是否会影响未来人的福祉?斯帕罗回答这个问题的方法违背了生物伦理学的一个核心目标:产生能够在研究、临床环境或公共政策中产生实际影响的观点。斯帕罗没有参与提供以经验为基础的人类身份描述的研究,而是不加批判地采用了帕菲特众所周知的两种基因干预类型的区分:“影响个人”和“影响身份”。这种区别对斯帕罗 (2022) 来说至关重要。鉴于对未来人的预期福利的合理关注,它允许他决定干预者是否对结果负有道德责任。影响个人的干预就是这种情况,因为只有在这种情况下,未来的人才会从干预中受益或遭受伤害。相比之下,目前通过 CRISPR 实现的体细胞或生殖细胞编辑通常涉及某种形式的选择——通过体外受精、体外胚胎核移植或植入前遗传学诊断——在植入妊娠母亲子宫之前选择“最佳孩子”。选择会影响身份,因为它会改变受孕时间,从而
本文比较了人类生殖克隆 (HRC) 和可遗传基因组编辑 (HGE),以确定鼓励禁止新型生殖技术的因素。HRC 遭到立法反对,部分原因是它涉及无性生殖,并被错误地与复制联系在一起。HGE 和其他涉及有性生殖的技术没有这些问题。HRC 还卷入了克隆人类胚胎以获取干细胞的研究。HGE 并非如此,因为科学家学会了如何在不创造胚胎的情况下创造和编辑多能干细胞。然而,HRC 的法律历史预测,与胚胎破坏密切相关的生殖技术将面临激烈的反对。未来禁止的目标可能包括:原核移植,一种线粒体替代疗法的亚型,其中两个受精卵被破坏以重建一个;以及体外配子发生,这是一个未来的过程,在这个过程中,夫妇根据他们的基因特征创造数百个胚胎,同时丢弃绝大多数胚胎。 HGE 尚未被禁止,部分原因是一项拨款附加条款阻止了美国食品药品管理局 (FDA) 批准临床试验。如果附加条款被修改,允许考虑纠正导致严重单基因疾病的突变的申请,本文预测立法者不会颁布禁令。然而,如果基因增强在未来变得可行,就会出现棘手的政策问题,包括对后代的影响。国会可能不会讨论这些问题,而是保留附加条款,从而消除了禁止 HGE 增强的必要性。
由于标准体外受精技术在马身上尚不可行,因此人们已使用多种不同技术来制造马胚胎用于研究。其中一种方法是孤雌生殖,即在没有引入精子的情况下诱导卵母细胞成熟为胚胎状状态,因此它们不被视为真正的胚胎。另一种方法是体细胞核移植 (SCNT),即将现存马的体细胞核插入去核的卵母细胞中,从而产生供体马的遗传克隆。由于美国马卵母细胞供应有限,研究人员已研究将马体细胞核与其他物种的卵母细胞相结合以制造用于研究的胚胎的可能性,但迄今为止尚未成功。人们对使用暴露于外源 DNA 的精子生产转基因动物的兴趣也日益浓厚。成功创建转基因马胚泡表明精子介导基因转移 (SMGT) 具有良好的前景,但这种方法并不适用于基因治疗等其他应用,因为它不能用于诱导靶向突变。这就是 CRISPR/Cas9 等技术至关重要的原因。在这篇评论中,我们认为孤雌生殖、SCNT 和跨物种 SCNT 可以被视为基因操作策略,因为它们可以产生与亲本细胞基因相同的胚胎。在这里,我们描述了这些方法的执行方式及其应用,还描述了用于直接修改马胚胎的几种方法:SMGT 和 CRISPR/Cas9。
终末期器官衰竭或急性创伤性损伤与相当高的发病率和死亡率相关。对于许多此类绝症或毁灭性疾病,唯一的治愈疗法是实体器官移植 ( Garry 等人, 2005 年; Virani 等人, 2021 年 )。由于器官捐赠者数量有限,这种治愈性疗法仅适用于需要这些疗法的一小部分患者。例如,据估计,每年有 20 万至 30 万美国成年人可从原位心脏移植中受益,但只有大约 3000 名成年人接受了心脏移植 ( Virani 等人, 2021 年 )。这种差异推动了人们寻求替代疗法。除了心脏病等终末期器官疾病外,还有威胁四肢并最终导致肌肉体积损失的创伤性损伤 ( Corona 等人, 2015 年; Greising 等人, 2016 年 )。目前,治疗肌肉体积损失的治疗方法有限,因此导致大量发病率、截肢、终身残疾和生命损失(Greising 等人,2017 年)。这些慢性疾病和创伤需要新的治疗方法。基因编辑(Doudna 和 Charpentier,2014 年;Jinek 等人,2012 年;Cong 等人,2013 年)和体细胞核移植 (SCNT) 技术等技术进步