基因编辑技术简介

基因编辑技术学习总结CRISPR（Clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats）是在细菌中发现的适应性免疫反应系统，能有效抵抗噬菌体等对细菌造成的损伤。这项机制被应用于基因编辑，是当前生物学的研究热点。一、基因编辑技术的发展基因编辑技术的发展可追溯到1968年I型限制性内切酶的发现，它可以识别DNA并随即剪切DNA，但由于不具有特异性而不能得到应用；1970年后具有识别特异性的Ⅱ型限制性内切酶被发现；1981年一种Ⅱ型限制性内切酶，FokI在黄杆菌中被分离出来，成为了基因研究的重要工具。FokI不同于一般的Ⅱ限制性内切酶（识别和剪切利用同一结构域，因而难以在保证剪切活性的条件下改变识别域），FokI的含有两个相对独立的结构域，N端为识别域，C端为剪切域；这种特性使得FokI可以通过对识别域的改造对DNA进行定点切割。在这种理论的基础上，发展出了ZFN——锌指核酸酶，TALEN——转录激活样效应蛋白核酸酶；两种技术都是通过使能够识别DNA序列的蛋白与FokI相连实现基因的特异性切割，其不同在于锌指结构域通过约30个氨基酸对DNA三联体进行识别，而转录激活效应蛋白则是通过34个氨基酸组成的识别单体对不同核苷酸进行识别，因而TALEN的识别效率显著高于ZFN。然而它们都是利用利用蛋白进行DNA识别，并使用相同的剪切蛋白－FokI形成二聚体进行DNA剪切。CRISPR的不同之处在于它利用RNA进行DNA识别，其识别效率优势显而易见；此外CRISPR技术不需要对识别域和限制性内切酶剪切域进行连接，因而设计简单，编辑高效。CRISPR技术起源于1987年日本在细菌DNA中发现“重复－居间（spacer）－重复序列”，2002年命名为成簇规律性间隔短回文重复（ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRepeats）并预测改基因序列与细菌获得性免疫有关，2007年其免疫功能得到证实，并最终于2012年成功运用于基因编辑。蛋白质、RNA介导的DNA编辑技术都已取得成功。2014年，单链DNA引导的具有核酸内切酶活性的TtAgo蛋白在嗜热菌中被发现。这种DNA指导核酸内切酶是否可以应用于基因编辑技术，韩春雨团队发表文章，利用NgAgo蛋白实现了格DNA引导的基因组编辑，但其实验结果目前依然存在争议。二、基因编辑技术的应用无论是蛋白质介导还是RNA介导基因编辑技术，事实上都是对DNA进行剪切，而后通过细胞自身的DNA修复功能（同源重组或非同源重组）进行目的基因的插入或替代。基因编辑技术广泛应用于1、物种改良。如植物作物的性状改良、家畜育种；利用CRISPR－cas9增强菌株对噬菌体的抵抗性，增强植物的抗病毒性；2、动物模型的建立，如动物基因定向突变模型的建立；对灵长类动物引入人类基因推动脑科学发展。3、疾病的治疗。如血液类疾病－对患者自身细胞诱导的多能干细胞（iPS）进行DNA切割，通过同源重组修复突变的血红蛋白基因，而后将修复的iPS诱导为造血干细胞并植入患者体内；利用CRISPR的多基因编辑技术对复杂的肿瘤进行研究。综上所述，基因编辑技术的在生物领域的应用是广泛而重要的，CRISPR－Cas9技术为基因编辑提供了更加高效而广阔的前景。