利用大數據和CRISPR技術理解免疫系統反應

圖片來自Thinkstock。

2017年1月29日/生物谷BIOON/---在很多細菌（包括導致我們患上鏈球菌性喉炎的細菌）中發現的一種酶讓人類有一種廉價的有效的工具來對我們自己的基因進行編輯。這種被稱作CRISPR的技術正被用來理解免疫系統如何對病毒攻擊作出反應。

它被稱作為本世紀最大的生物技術突破，而且你可能也立刻了解這個名字：CRISPR。

它可能聽起來像是一種美國早餐穀物食品，但是它實際上是一種廉價的、高效的和高度普及的方法來修飾所有活的有機體（不論是魚、人類、昆蟲，還是哺乳動物）中的基因。

這種基因組編輯工具能夠被用於蚊子體內，阻止瘧疾擴散，或者它能夠切除癌症。僅有倫理考量限制它的使用。誰知道這種技術將引向何處？誰應當作出決定？存在著無數的可能。遺傳病能夠被永久地根除。

挪威生物技術諮詢委員會已針對如何處理轉基因食物開展過很多討論。轉基因玉米可用於動物飼料---可用或不可用？轉基因大豆呢？

如今，更大的問題浮現了。對人類進行基因編輯可行不？

迄今為止，挪威生物技術諮詢委員會已決定挪威科學家能夠針對人類受精卵中的基因開展研究。

全世界的很多科學家已在解決CRISPR難題---基因組編輯技術如何發展到何種地步以便讓它可以隨時使用---中貢獻出個人的力量。但是直到Jennifer Doudna和Feng Zhang在2012年和2013年利用酶Cas9取得的突破才開始打開局面。

這種酶來自釀膿鏈球菌（Streptococcus pyogenes）。這種微小的細菌每年導致全世界數億人患病。這些疾病的癥狀包括皮膚刺激、鏈球菌性喉炎和耳部感染。

這個研究團隊發現他們能夠複製這種細菌做的事情：一種RNA小分子引導Cas9到靶DNA分子上以便進行切割。

Science期刊將CRISPR技術稱為2015年的科學突破。

身體的防禦機制

全世界的很多研究人員已開始使用CRISPR技術。他們當中的一位是挪威科技大學分子炎症研究中心副教授Richard Kandasamy。他針對很多疾病中發生的炎性反應開展研究。

利用大量的數據，他的研究揭示出當免疫系統對一種病毒感染作出反應時每分鐘發生了什麼。他的團隊的研究結果近期發表在自然出版集團旗下知名的Systems Biology and Applications期刊上。

當流感病毒或任何其他的病毒攻擊身體時，它不得不非常快速地作出反應。

Kandasamy說，「這並不像是免疫防禦細胞剛好在身體的某個角落附近坐著，吞噬病毒---轟的一聲，一切都打點好了。」

正如Kandasamy所解釋的那樣，「在這些免疫防禦細胞內發生的事情是非常複雜的逐步進行的反應。信號被發送到細胞核中以便啟動新的蛋白產生。這些蛋白將參與炎性反應，而且細胞將利用它們破壞病毒。這一切都需要一些時間。但是，即便是細胞中蛋白髮生的一種微小化學修飾也能夠讓這個細胞非常快速地開始發生反應。」

他和他的團隊能夠從病毒感染細胞的那一時刻起非常詳細地繪製這些反應。在感染後幾小時內頻繁地重複這個繪製過程，他們能夠詳細地構建出細胞核中的反應。

很多正在開展CRISPR研究的科學家們要麼一次分析一個基因，要麼一次分析2萬多個基因。Kandasamy採用了兩種方法。他也使用大型的計算系統來分析這個複雜的數據集。這種方法將現代技術與繪製每分鐘發生的反應結合在一起是他的團隊用來理解細胞中發生的反應的獨特方法之一。

Kandasamy因昂薩格獎學金計劃（Onsager Fellowship programme）來到挪威科技大學開展研究。昂薩格獎學金計劃旨在招募一些最有才華的國際青年科學家到這所大家任職。

時間將會證明這項發現和CRISPR在抵抗和治療世界上的疾病中的意義。但是你能夠確信的一件事情是這項研究已來到你的身邊。（生物谷 Bioon.com）

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參考資料：

【1】A time-resolved molecular map of the macrophage response to VSV infection

Systems Biology and Applications, doi:10.1038/npjsba.2016.27

【2】Science Selects CRISPR Genome-Editing Tool as 2015 Breakthrough of the Year

【3】Using Big Data to understand immune system responses