本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
花生酱似乎一直以来都是学校午餐中备受喜爱的食物。但是花生过敏是一种严重的疾病,如果不立即治疗,可能会引起致命反应。在美国,花生过敏影响了2-3%的儿童和青少年,约占全国人口的160万人。目前正在研究针对花生过敏的各种疗法,包括Aimmune的免疫疗法,该疗法正在接受食品和药物管理局(FDA)的审查,但是这些疗法并未针对根本问题:花生本身。
但是,如果农民可以种植出根本不会引起过敏反应的花生呢?
尽管研究人员已经了解了过敏背后的遗传学原理很长时间了,但是在开发不包含这些基因的花生方面一直存在障碍。植物育种者缺乏进行精确基因改变所需的工具,而这些改变是中和过敏反应触发因素所必需的。
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直到现在。
重要的是要了解花生过敏最初是如何产生的。在过去的数千年里,花生的基因变化要么是随机发生的,要么是被农民选择用于不同的育种技术。这种漫长而费力的过程意味着某些不利的特性(例如触发危及生命的过敏的蛋白质)在花生和其他商业作物中持续存在。
但是,基因编辑工具的最新进展可以在生物体DNA中引起这些过敏反应的精确位置进行更改。在过敏反应期间,花生的储存蛋白会触发组胺(一种使免疫系统过度运转的化学物质)的大量过量产生,使身体陷入休克状态。这类似于当我们受到惊吓时,身体产生大量肾上腺素来增强我们的系统时发生的情况,但却是有害的。
但是,使用“分子剪刀”(CRISPR或TALEN)敲除产生蛋白质储存的整个基因是行不通的,因为那样您将根本没有花生。相反,我们需要编辑蛋白质的表面,以便不触发过敏反应,并且我们需要在不改变控制储存蛋白的基因功能的情况下做到这一点。
这是一项精细的任务。如果我们能够将触发因素与过敏反应之间的关系设想为锁和钥匙(分别是),那么我们正在尝试更改锁,以使钥匙无法插入。换句话说,我们正在消除蛋白质的不良功能,同时保留其原始结构。
为此,我们需要一套比基因编辑早期可用的工具更精确的工具。分子剪刀允许人们消除基因的一部分或全部,但是它们不允许研究人员改变基因本身。这需要额外的基因编辑工具。
将基因想象成由字母构成的单词。在遗传学中,这些字母称为核苷酸。一种称为GRON(基因修复寡核苷酸)的工具充当拼写检查器,细胞将其识别为纠正其DNA的指南。当引导至参与触发过敏反应的DNA的精确字母时,该指南将利用植物自身的修复机制来更改基因的拼写,从而使钥匙不再适合锁,可以这么说。 GRON是技术进步,它与分子剪刀结合使用,使研究人员能够精确地编辑基因以改变其功能,而不会改变其结构。
在某些情况下,这可能是一项复杂的任务,因为过敏反应涉及多个基因,并且改变引起过敏反应的触发因素需要进行多次拼写更改。这只能通过可以编辑而不是简单地敲除基因的技术来实现。这就是为什么我们将GRON与分子剪刀的组合称为“精确基因编辑”。
尽管进行这些拼写更改的任务可能令人生畏,但一旦完成,它们将产生远远超出其在花生过敏中的直接应用的益处。自然倾向于效率,并且许多参与花生过敏的基因和遗传途径也参与其他过敏。这也意味着在处理花生过敏时,我们还可以抢先一步处理其他与植物相关的过敏反应,从麸质不耐受症到对草的反应。
我们拥有应对各种过敏的工具,并且我们知道这些工具有效。 GRON和分子剪刀的组合已经生产出抗植物病害的油菜籽,以及可以耐受除草剂的作物(包括油菜籽,亚麻和水稻)。通过将其应用于过敏安全的花生,我们可以预见,有一天,父母在送孩子去朋友家玩耍时,将不再生活在对过敏暴露的恐惧中。