每当夏日将至，人们就开始陷入到被蚊子支配的恐惧之中，小小的蚊子不仅让很多人饱受皮肉之苦，还会传播疟疾、登革热、丝虫病等危害性较强的传染病。因此，别看人类处在食物链的顶层，可几十年过去了，除了杀虫剂策略，我们仍然没有什么一劳永逸的办法对付蚊子。随着CRISPR 基因编辑革命的爆发，人们开始将目光聚焦于基因驱动，并期许借此系统改造蚊子、终结疟疾。
近日，《Nature Communications》杂志发表了一篇题为 Optimized CRISPR tools and site-directed transgenesis towards gene drive development in Culex quinquefasciatus mosquitoes的文章，研究人员专为蚊子开发了一种Cas9/guide-RNA 表达“质粒工具包”，以遏制“病媒”蚊子传播病毒的能力。
https://doi.org/10.1038/s41467-021-23239-0
众所周知，gRNA和Cas9核酸酶是CRISPR/Cas9系统进行基因编辑的左膀右臂，gRNA可识别目的DNA序列，指导Cas9在特定序列进行剪切，并依赖细胞本身的序列修复或外源基因的同源重组实现基因编辑，而基因编辑的特异性和位点选择依赖于gRNA中特异性识别序列的不同设计。
由此可见，gRNA作为一类非编码RNA对基因编辑至关重要，且需要III型RNA聚合酶通过转录方式合成。为此，如何快速地构建含有III型RNA聚合酶启动子“U6启动子”的gRNA表达组件至关重要。
基于此，为了评估新建的CRISPR/Cas9基因编辑工具的工作效率，研究人员分别在体外和体内环境中对在库蚊中表达 Cas9 和 gRNA 的“U6启动子”进行功能验证。研究发现，U6 启动子在体内外的活性一致。
CRISPR 试剂在Culex quinquefasciatus卵巢细胞系中的验证
当然，该“质粒工具包”能否成为对付库蚊的宝贵工具还需进一步验证。据了解，Vasa基因被认为是生殖细胞最可信的分子标记之一，在生殖系的起源、发育以及配子形成过程中发挥重要作用。为此，研究人员对vasa -Cas9转基因活性进行了功能评估。经验证发现，转基因中的vasa启动子能够驱动 Cas9 在库蚊生殖系中的有效表达。
vasa -Cas9 转基因的表型、分子和功能验证
随后，研究人员通过修改gRNA 结构序列对Cas9/guide-RNA 表达的“质粒工具包”进行了优化，并成功建立了Cas9 基因的转基因品系。研究发现，这些优化的gRNA可以显著提升该工具包的基因驱动效率。与此同时，科研人员思考这个新工具是否适合其他模型呢？
为此，研究人员评估了gRNA“Loop”支架变体对果蝇转基因效率的影响。研究发现，与“原始”gRNA相比，经“Loop”修饰可显着提高该工具的切割和转换效率，并可能为其他物种的未来基因驱动和基因编辑产品提供更好的思路。
gRNA 支架变体提高了黑腹果蝇的基因驱动效率
总之，该突破性研究极大地革新了传统基因编辑技术。尽管仍然需要完善，一些伦理问题也仍需解决，但科学家们一直在不懈努力，致力于将这项技术发展得更为精准及高效。未来，潜力无限的CRISPR技术将如何发展？让我们拭目以待。
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