■文/馬曉顰

有了CRISPR/Cas9技術(shù)的加持，“人造精子”介導(dǎo)的半克隆技術(shù)如虎添翼。研究人員既能夠一步獲得多基因同時(shí)精確靶向修飾的小鼠，也能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化的小鼠個(gè)體遺傳篩選，便于從大量候選基因中快速鎖定關(guān)鍵基因進(jìn)行深入研究。

模式生物因其細(xì)胞數(shù)量少、結(jié)構(gòu)簡單、遺傳背景明確、容易培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在生命科學(xué)研究中占據(jù)至關(guān)重要的地位。在眾多常見的模式生物中，小鼠與人類的親緣關(guān)系非常接近，其基因組與人類基因組高度同源。因此，利用小鼠建立疾病模型已經(jīng)成為研究人類基因功能和探索人類疾病分子機(jī)制最重要的手段之一。

“人造精子”技術(shù)由中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心的李勁松課題組于2012年首創(chuàng)。2015年，該團(tuán)隊(duì)對其進(jìn)一步優(yōu)化，通過敲除雄性印記基因的兩個(gè)調(diào)控基因，獲得被稱為“人造精子”的孤雄單倍體胚胎干細(xì)胞?！叭嗽炀印币蚱錇閱伪扼w細(xì)胞且能夠在體外長期培養(yǎng)擴(kuò)增的特點(diǎn)，易于進(jìn)行遺傳改造。更重要的是，它能夠代替精子在注入卵母細(xì)胞后支持胚胎發(fā)育，并最終穩(wěn)定高效地產(chǎn)生攜帶特定遺傳修飾的“半克隆小鼠”。該技術(shù)自創(chuàng)立至今，已經(jīng)為功能基因組的研究作出諸多貢獻(xiàn)，并成功應(yīng)用于印記基因功能的研究、胚胎關(guān)鍵發(fā)育基因的篩選以及基因組標(biāo)簽計(jì)劃的開展。

最近，李勁松課題組及其合作團(tuán)隊(duì)再次發(fā)力，應(yīng)用“人造精子”介導(dǎo)的半克隆技術(shù)，結(jié)合“基因魔剪”——CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對小鼠骨發(fā)育相關(guān)基因的個(gè)體水平遺傳篩選。該研究的理論價(jià)值在于首次實(shí)現(xiàn)了小鼠個(gè)體水平骨發(fā)育靶向遺傳篩選，為小鼠骨發(fā)育過程中關(guān)鍵基因的功能研究開辟了新的途徑，為骨質(zhì)疏松癥的藥物研發(fā)及臨床應(yīng)用提供了理論支撐。

基因修飾小鼠模型在基因功能研究、藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)和臨床前藥效學(xué)評價(jià)等生物醫(yī)學(xué)研究中具有不可替代的地位。但是，由于小鼠具有二倍體基因組，如何在小鼠基因組中操控基因一直是小鼠遺傳篩選，尤其是建立隱性遺傳疾病小鼠模型的難題。傳統(tǒng)二倍體胚胎干細(xì)胞基因打靶的周期較長，將胚胎干細(xì)胞注入囊胚后得到的嵌合體小鼠需要通過雜交一到兩代才能獲得純合后代。對“人造精子”介導(dǎo)的半克隆技術(shù)的應(yīng)用，研究人員則只需要將攜帶修飾基因的孤雄單倍體胚胎干細(xì)胞注入卵子，便能直接獲得攜帶特定基因遺傳修飾的半克隆純合小鼠。與此同時(shí)，基因編輯技術(shù)的迅猛發(fā)展無疑使“人造精子”介導(dǎo)的半克隆技術(shù)如虎添翼，特別是CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)的橫空出世，顯著降低了基因編輯的成本及技術(shù)門檻。有了CRISPR/Cas9技術(shù)的加持，研究人員既能夠一步獲得多基因同時(shí)精確靶向修飾的小鼠，也能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化的小鼠個(gè)體遺傳篩選，便于從大量候選基因中快速鎖定關(guān)鍵基因進(jìn)行深入研究。