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科技日報記者 王春
7月22日，上海科技大學生命學院池天課題組在《細胞》（Cell）雜志在線發表論文，報道了一種嶄新的小鼠基因打靶技術iMAP，快速鑒定了90個基因在39種組織的基本功能，構建了世界首張小鼠微型“擾動圖譜”。
早在2001年，國際人類基因組計劃就公布了人類基因組序列。但目前為止，約兩萬個哺乳動物蛋白編碼基因在500多種細胞中的功能仍不為人知，這嚴重妨礙了疾病的診斷和治療。要系統性地解碼全部基因在全部細胞中的功能，必須將其分別在各種細胞中敲除（擾動）再鑒定其細胞表型，即描繪完整的“擾動圖譜”。這個圖譜的完成，將成為生物醫學研究的分水嶺：此后，要探索任何基因的基本功能，將會像查找基因序列一樣簡單。但用傳統的基因打靶方法，無法快速有效地描繪擾動圖譜，成為功能基因組學領域久攻不下的瓶頸。池天課題組里程碑式的成果為描繪完整擾動圖譜邁出了第一步。
“人類基因組早被測序，但其功能至今深藏不露，這嚴重妨礙了疾病診治。21世紀生物醫學的重要任務是解碼人類基因組這部神秘天書。”池天說。
iMAP誕生的背后是一場長達八年、歷經六屆學生前赴后繼努力的科學馬拉松。2014年，池天還在耶魯大學，當時CRISPR基因編輯技術已問世，而池天又熟悉Cre-loxP。他突發奇想，試圖融合這兩種技術，但同事并不看好,“有人直呼瘋狂，大多心存疑慮。”池天回憶，“這也不奇怪，因為iMAP太新了，沒有主流技術可以直接對標。”
iMAP融合了Cre-loxP和CRISPR-Cas9技術，其核心組成部分是一個轉基因序列，它由U6啟動子和下游一串gRNA表達單位構成。轉基因通常只表達第?個sgRNA，而利用藥物（他莫昔芬）激活Cre，導致轉基因重組，可使其余的sgRNA也得以表達，但每個細胞只隨機表達其中?個。這些sgRNA可在Cas9的幫助下敲除相應的靶基因，從而將小鼠轉化為嵌合體。這種嵌合體可立即用于描繪擾動圖譜，也可迅速、廉價地繁育出多種傳統的單基因敲除品系。該品系不但可用于特定靶基因的后續深入研究，更可用于個體水平的表型篩選，從而與嵌合體優勢互補，共同加速基因解碼。
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iMAP原理。上海科技大學供圖
研究團隊首先構建了一個iMAP品系，它攜帶61個gRNA表達單位，共靶向6個功能已知的標志基因。該品系證明了iMAP的魯棒性，包括展示轉基因起碼能穩定傳13代。隨后構建的iMAP品系攜帶100個gRNA表達單位，靶向90個功能不甚清晰的基因，以此構建了一個微型擾動圖譜，揭示了這90個基因分別在39個組織/細胞中對細胞存活、擴增、分化的影響。
不但如此，研究團隊還證明，一個iMAP品系的確可以衍生出多個傳統的單基因敲除品系。
關鍵詞： 上海科技大學
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