专题:第25届中国国际高新技术成果交易会_中国高新技术论坛

张友明:同源重组酶介导的DNA编辑技术

  中国高新技术论坛于11月15日-17日举行。德国国家工程院院士、欧洲科学院院士张友明出席并演讲。

  以下为演讲实录:

  感谢大会组委会给我这个机会来介绍一下我们同源重组酶介导的DNA编辑技术。

张友明:同源重组酶介导的DNA编辑技术

  这个技术怎么来的呢?我们当时做小鼠的基因,小鼠基因技术在80年代就开始了,有几位非常出名的生物学家都获得了诺贝尔奖。本人在90年代的时候在海德堡大学医学院发现一个非常有意思的现象,通过我们反向RNA的技术发现一个组织因子影响肿瘤生长的技术,但是这个技术不能完全展示肿瘤和基因之间的关系,于是就想能不能把这个基因敲掉,看是否对这个肿瘤工作有影响,当时能够实现这个打法的载体非常难,要一到两年的时间完成这个载体的构建,因为时间太长了后来没有做。我后来在欧洲分子生物学实验室 EMBL

  做白血病的研究,白血病不管在中国还是欧洲,对婴儿和年轻人有很大的伤害,我们研究的是其中有一个急性骨髓淋巴瘤,这在欧洲比较常见的一个病,特别在婴幼儿身上,发病率和死亡率非常高,我们发现这两个基因都是一个是AML1、一个是ETO1,它通过整合以后就变成了肿瘤的诱导因子,成为了肿瘤,我们在小鼠身上进行实验,后来我们找到这两个基因以后,发现这个基因很大,一个30多KB,一个40多KB,受限很大,我们就想开拓新的技术。我们根据这个需求,我们就用Red/ET重组酶的操纵技术,用Red的同源重组的体系进行基因操纵,这个体系非常简单的、快速的把大的基因进行改造,而且在你所需要的位置上,不管是在任何的位置上都可以基因调控和改造,这样就可以实现大分子DNA的操纵,像传统的技术都能做,因为它是细胞类的重组,不需要酶的限制,这样给我们大的DNA修饰带来很好的方便,特别像人工染色体方面都可以做DNA改造。

  这样我们可以构建一个DNA载体,我们这个技术一周之内可以完成,而且这个技术在小鼠的基因里面很有特色,我们加入了大的基因组的项目,做了很多技术的课程,介绍我们这个技术,当然我们也成立了一个企业,在德国有一个企业来推广我们的技术。我们的技术在很多企业里面,特别是全球大医药公司,几百个、上千个实验室都在用。

张友明:同源重组酶介导的DNA编辑技术

  我们有一系列的发展过程,我在德国发明这个技术之后,2013年回到国内,带领团队继续做研发,最近我们有一个新的技术,就是做多位点的基因操作技术。我们的技术在染色体上做单位点的基因操作,很简单也很容易,但是这个不能满足我们的需求,我们希望在一个基因组上能不能一次多个位点同时操纵,这样可以比较容易形成一个协同效果的基因操纵技术。但是多位操纵技术就面临一个困境,就是如果用传统的技术耗时很长,遗留很多疤痕序列,导致基因组不稳定,我们希望开发一个新的技术出来,对多位点基因进行改组。这个系统上面我们认为没有用的基因,一步可以删掉,不是通过一步步来做,我们尝试可以用这个技术来做,我们就做了一个二位点的区域,发现这个操纵是可以做的,可以完成,特别是在DSM7029系统里面,但是其他的系统里面,像大肠杆菌还不行,还没有完成,只有在7029里面可以实现,后面我们在找这里面是不是有哪些因素影响我们,我们找了很多因素,像复苏时间、抗性基因、温度等等,就发现还是有一些影响的,特别是其中有一个非常重要的影响是细胞里面的dNTP的水平。该水平决定重组效率,还有适配水平的影响,我们就用核苷酸还原酶来表达水平决定dNTP水平。

  通过这个改造以后,我们在大肠杆菌里面能实现4个位置的操纵,也可以消除这几个位置不同的基因,这就非常有用了,就是我们在微生物基因组里面多位点的操纵可以解决很多的问题。后来我们不仅仅4个,在另外一个序列进行了5个操纵,效果非常高,我们就有效实现了一步,不需要一步步做,我们可以在一天情况下完成基因组的操纵。我们使用的dReaMGE技术,一步操作之后可以激活基因,能够把传统的基因改造,通过多位点的方法得到了很好的改造,让这些能够表达新的基因簇能够产生新的分子来,这是我们没有想到的,可以增加原始基因簇的表达产量,抗药分子表达产量也可以提高。我们的技术与传统改造技术相比,以前的有两个基因组的操作,要很长时间,我们这个技术是只用花两个小时,此外可以插入很长片段的DNA,可以做系统基因组多位点的改造,对现在企业里面进行改组的时候很重要,我们的技术一发表以后,很多企业来找我们,希望用我们的技术来进行他们已经在工程研究的改组。我们可以依赖于dReaMGE技术,我们可以通过重组工程大大简化基因组的多元操纵,可以得到多重的天然产物,提高原始产物的代谢水平。

  这个技术可以应用到各个领域,不管是植物细胞操纵、病毒操纵、细菌操纵。我们整个技术在需求的导向下引发出来,可以在大学科研机构和企业里面得到非常好的运用。

  谢谢大家。

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