Crisper-Cas-9技术介绍

CrisprCas961314104张紫菡CRISPR是什么？•病毒能把自己的基因整合到细菌，利用细菌的细胞工具为自己的基因复制服务。•细菌为了将病毒的外来入侵基因清除，进化出CRISPR系统，利用这个系统，细菌可以不动声色地把病毒基因从自己的染色体上切除，这是细菌特有的免疫系统。•后来，研究人员发现，它似乎是一种精确的万能基因武器，可以用来删除、添加、激活或抑制其他生物体的目标基因，这些目标基因包括人、老鼠、斑马鱼、细菌、果蝇、酵母、线虫和农作物细胞内的基因，这也意味着基因编辑器是一种可以广泛使用的生物技术。CRISPR是什么？CRISPR簇是一个广泛存在于细菌和古生菌基因组中的特殊DNA重复序列家族，其序列由一个前导区(Leader)、多个短而高度保守的重复序列区(Repeat)和多个间隔区(Spacer)组成。Spacer区域由俘获的外源DNA组成，类似免疫记忆，当含有同样序列的外源DNA入侵时，可被细菌机体识别，并进行剪切使之表达沉默，达到保护自身安全的目的。CRISPR簇附近存在一个多态性家族基因。该家族编码的蛋白质均含有可与核酸发生作用的功能域(具有核酸酶、解旋酶、整合酶和聚合酶等活性)，并且与CRISPR区域共同发挥作用，因此被命名为CRISPR关联基因(CRISPRassociated)，缩写为Cas。Cas基因与CRISPR共同进化，共同构成一个高度保守的系统。目前发现的CRISPR/Cas系统有三种不同类型即I型、II型和III型，在II型系统中pre-crRNA的加工由Cas家族中的Cas9单独参与。Cas9含有在氨基末端的RuvC和蛋白质中部的HNH2个独特的活性位点，在crRNA成熟和双链DNA剪切中发挥作用。CrisprCas9工作原理•crRNA（CRISPR-derivedRNA）通过碱基配对与tracrRNA（trans-activatingRNA）结合形成tracrRNA/crRNA复合物，此复合物引导核酸酶Cas9蛋白在与crRNA配对的序列靶位点剪切双链DNA。而通过人工设计这两种RNA，可以改造形成具有引导作用的sgRNA（singleguideRNA），足以引导Cas9对DNA的定点切割。CrisprCas9应用•2013年1月份，美国两个实验室在《Science》杂志发表了基于CRISPR-Cas9技术在细胞系中进行基因敲除的新方法，利用靶点特异性的RNA将Cas9核酸酶带到基因组上的具体靶点，从而对特定基因位点进行切割导致突变，是一种可靠、高效、快速的构建敲除动物模型的新方法。•基因编辑成为较小型特殊作物和动物的一个可行选择。过去几年间，研究人员利用该方法对小型猪进行了基因改造，并且获得了抗病小麦和水稻。他们还在通过基因改造获得没有角的牛、抵抗疾病的山羊和富含维生素的甜橙等方面取得进步。•在干细胞或者受精卵中定向切除致病基因，用预期的DNA模板片段进行增添和修复。•可针对多个基因靶向，对多基因疾病的研究有着重要作用。CrisprCas9隐患•生态系统或被改变除了农业，研究人员正在考虑CRISPR如何能被或者说应当被用于野外的生物体。大部分注意力集中在一种被称为基因驱动的方法上，因为它能迅速将被编辑基因在整个种群中传播。很多研究人员非常担心，改变整个种群或将其全部清除会对生态系统产生无法预知的灾难性后果：这可能意味着其他害虫会出现，或者影响食物链上处于较高位置的捕食者。他们还担心，引导性RNA会随着时间的推移发生突变。随后，这种突变将席卷整个种群，产生始料未及的影响。参考文献[1]视频:基因编辑CRISPR-Cas9原理-张锋参与制作[2]《细胞》特辑：CRISPR/Cas9技术[3]CRISPR/Cas9基因编辑器及其原理简介谢谢！