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基因編輯CRISPR-Cas9原理
- 發(fā)布時間：2015-12-01 瀏覽次數(shù)：1159次
- 我們體內(nèi)的每一個細(xì)胞都包含有一套基因組，超過2萬個基因、30億個DNA“字母”。DNA由兩股單鏈組成雙螺旋結(jié)構(gòu)，它們由一種簡單的配對規(guī)則連接在一起：A與T配對，G與C配對。我們的基因決定了個體和物種。基因?qū)】狄灿猩钸h(yuǎn)的影響。得益于DNA測序技術(shù)的發(fā)展，研究者們已經(jīng)確定了成千上萬個與疾病有關(guān)的基因。為了理解基因的工作原理，研究者們需要找到控制它們的方法。改變活體動物基因并不容易，但近，一種新方法出現(xiàn)了——它有希望極大地改進(jìn)我們編輯任何生物DNA的能力，包括人類。
CRISPR技術(shù)是以細(xì)菌保護(hù)自身不受病毒感染的系統(tǒng)為基礎(chǔ)。當(dāng)細(xì)菌檢測到病毒的DNA時，它會生產(chǎn)出兩種較短的RNA。其中一種RNA包含與入侵病毒相對應(yīng)的片段。這兩種RNA與一個蛋白質(zhì)一起組成了一個復(fù)合體，叫做Cas9。Cas9是一種核酸酶，這是一種酶能夠切斷DNA。當(dāng)相符的片段，也就是所謂的向?qū)NA，在病毒體內(nèi)找到它的目標(biāo)時，Cas9就會切下目標(biāo)DNA，消滅病毒。
過去的幾年里，研究這個系統(tǒng)的科學(xué)家意識到，它可以被改造。這樣，不僅可以切斷病毒DNA，并且可以地針對所有DNA。不管它們位于什么位置，只需要改造一下向?qū)NA與想要的目標(biāo)相符合就行。這不僅可以在試管里完成，還可以在活體細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行。一旦進(jìn)入了細(xì)胞核，這個復(fù)合體就會鎖定一段短序列，Cas9就會解開DNA，使其與目標(biāo)RNA相匹配。配對完成后，Cas9就會使用兩個微小的分子剪刀來剪下DNA。這個過程中，細(xì)胞會試著修復(fù)剪下的部分，但修復(fù)過程很容易出錯，導(dǎo)致了使基因失效的變異，讓研究者能得以理解它的功能。這些變異是隨機(jī)的。
不過，有時研究者需要更的編輯。比如說，用一個健康基因來取代一個變異的基因。可以添加一段攜帶有預(yù)期序列的DNA，一旦CRISPR系統(tǒng)的剪切完成，這個DNA模板能與剪切端頭配對，重新組合或用新版代替原有序列。這些都可以在培養(yǎng)細(xì)胞中完成，包括干細(xì)胞。干細(xì)胞可以分化為許多不同種類的細(xì)胞，也可以在受精卵上進(jìn)行，創(chuàng)造出靶向變異的轉(zhuǎn)基因動物。
與過去的方法不同，CRISPR可以同時針對多個基因靶向，這在研究復(fù)雜的人類疾病上是一個巨大的進(jìn)步。它們不是只針對一個變異而是許多基因一起工作。這個方法正在飛速發(fā)展，將在基礎(chǔ)研究中大有用處，比如藥物開發(fā)和農(nóng)業(yè)，也許終將用在罹患遺傳疾病的患者身上。
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