近年隨著生物醫藥技術快速迭代,靶向藥物、免疫療法、基因治療等個性化治療方式成為生物藥創新的主要方向,這其中離不開基因編輯技術的發展。從一年前的ZL之爭,到基因編輯公司Editas人類基因編輯的臨床試驗獲FDA批準可知,基因編輯技術的發展備受期待。
目前動物模型基因編輯技術大抵分為兩類:ES細胞打靶技術和CRISPR/Cas9技術。類型上分轉基因、基因敲除、基因敲入及人源化、以及點突變,說白了就是基因的加、減和替換。兩大技術孰優孰劣?如何根據需求選擇合適的基因工程鼠?接下來就讓我們一探究竟。
1、兩大技術優缺點分析
ES打靶是在小鼠胚胎干細胞(ES細胞)中進行DNA同源重組,將ES細胞重新注射到囊胚腔中形成嵌合胚胎,在假孕小鼠體內發育成嵌合體小鼠。嵌合小鼠再與野生型小鼠交配,從而將ES細胞中的遺傳信息傳遞給后代小鼠。其優點是精確無脫靶,可進行各種復雜的基因改造,是行業的金標準;缺點是低效、耗時、費力、成本高昂,且只適用于小鼠。近年也有企業進行改良嘗試,賽業生物推出的ES打靶改進版TurboKnockout技術,已把構建周期從一年縮短到半年乃至幾乎與CRISPR持平,成本也同步降低。
而目前最熱門且應用最為廣泛的CRISPR/Cas9系統,則是以Cas9蛋白和向導RNA為核心組成。Cas9含有在氨基末端的RuvC和蛋白質中部的HNH兩個活性位點,在crRNA成熟和雙鏈DNA剪切中發揮作用,可引起DNA雙鏈斷裂。當DNA斷裂后,細胞核內同時存在與損傷DNA同源的DNA片段,則可通過同源介導的雙鏈DNA修復在目的位點引入外源DNA片段,從而達到片段敲入或編輯的效果。其優點是高效、快捷、簡便、成本便宜,且可用于不同物種;缺點是始終有不可預測和不可控的脫靶風險,并且不適用于復雜的基因改造項目。盡管通過全基因組脫靶風險運算可以進行脫靶預測和一定程度的防范,但做嚴謹性非常高的科學研究,還是要回答脫靶的問題。

賽業生物對客戶已經發表的3600篇文獻進行分析統計,以兩項技術在條件性敲除/敲入模型,需要二次打靶的模型、人源化模型、條件性點突變模型和KO-first模型等等復雜基因改造項目中的占比進行比較,結果顯示,復雜基因改造項目中,應用TurboKnockout系統的項目是應用CRISPR/Cas9系統項目的6.4倍,且復雜項目已發表文章普遍影響因子較高。
2、哪種技術能給用戶知識產權定心丸?
時至今日,圍繞CRISPRZL的問題仍存在紛爭,單單圍繞CRISPR核心ZL的權利之爭都仍未有定論,此外,在核心ZL基礎上已延伸出上千個應用ZL。面對上千個CRISPRZL,任何一個單位或企業都難以獲得所有ZL的授權。即便全部獲得博德研究所、美國加州大學乃至默克的授權,也難以完全避免CRISPRZL風險,CRISPR知識產權糾紛問題可能會對研究后續商業化造成不良影響。對涉及商業用途或介意ZL糾紛問題的機構來說,若想完全規避知識產權糾紛風險,選擇ES細胞打靶技術依舊是最穩妥的做法。
3、如何根據需求選擇合適的基因工程鼠?
CRISPR/Cas9無物種限制、操作簡單、成本低、周期短,因此建議常規的完全性基因敲除小鼠模型、基因敲入小鼠模型,以及其他物種的模型構建可選擇CRISPR/Cas9技術。但對于復雜的小鼠模型構建項目,仍推薦選擇基于ES打靶技術的TurboKnockout技術。
ES打靶技術可以進行各種復雜的基因改造而且精確無脫靶,是行業的金標準,可用來構建各種復雜的條件性敲除/敲入模型,例如,需要二次打靶的模型、人源化模型、條件性點突變模型和KO-first模型等等。且賽業生物推出的ES打靶改進版TurboKnockout技術,無任何ZL困擾,完全擁有自己技術革新的知識產權。因此,對于比較關注動物模型知識產權問題的用戶,推薦選擇TurboKnockout技術構建動物模型,例如藥企通常比較重視知識產權問題,藥物研發中使用的動物模型,一般都會選擇TurboKnockout技術構建。
總而言之,兩大技術對壘各有優劣,建議從構建周期、成本高低、有無脫靶、片段大小、操作難易、物種、產權問題等方面綜合考慮,選擇最適合自己的技術來構建基因工程鼠模型。