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 CRISPR-Cas9技术


Cas9作用机理
CRISPR/Cas9系统 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/ CRISPR-associate 9)被称为第三代基因组编辑技术,是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御,可用来对抗入侵的病毒及外源DNA。由单一蛋白(Cas9)、crRNA和tracrRNA形成的RNA-蛋白复合体能够对外源性DNA进行识别并生成DNA双链断裂(double-strand breaks, DSBs),从而诱发DNA损伤修复机制。该技术能够利用RNA介导的DNA靶向功能对多种生物基因组的任意区域进行编辑,此系统的工作原理是crRNA(CRISPR-derived RNA)通过碱基配对与tracrRNA(trans-activating RNA)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(short guide RNA),足以引导 Cas9 对 DNA 的定点切割。

Cas9优势
CRISPR/Cas9作为一种新的基因编辑技术,被评为2013年生物学10大突破之一,有着一些无可比拟的优点:首先,CRISPR/Cas9系统的可用位置更多,理论上基因组中每8个碱基就能找到一个可以用CRISPR/Cas9进行编辑的位置,因此可以说这一技术能对任一基因进行操作;其次,CRISPR-Cas9系统更具有可拓展性,可以通过对Cas9蛋白的修饰,让它不切断DNA双链,而只是切开单链,这样可以大大降低切开双链后带来的非同源末端连接造成的染色体变异风险;此外还可以将Cas9蛋白连接其他功能蛋白,来在特定DNA序列上研究这些蛋白对细胞的影响;更为重要的是,CRISPR-Cas9系统的使用极为方便,只需要简单的几步就能完成,几乎任何实验室都可以开展工作。

Cas9作用领域
由于CRISPR-Cas9系统在真核细胞内特别是人类细胞中也能发挥很好的功能,这显示出了其巨大的应用潜力。例如在基础科学研究领域,CRISPR-Cas9系统被用来定点敲除或修饰基因,从而便于研究这些基因的生物学功能;同时CRISPR-Cas9系统的商业化应用潜力也不容小视,例如:在生物治疗领域,结合诱导多能干细胞 (Induced pluripotent stem cells, iPSCs)技术,人们可以将通过基因编辑修复的iPS细胞重新分化为正常组织和器官来供病人使用;CRISPR/Cas9技术可用于人类免疫缺陷病毒(HIV)引起的艾滋病、人乳头瘤病毒(HPV)引起的宫颈癌等病毒性疾病的治疗;该技术可用于精准医疗,可对基因组进行精确的编辑,修复受损的基因,敲除致病疾病和病毒;可用于临床治疗HBB基因突变引起的β-地中海贫血;该技术还可用于构建动物疾病模型等。
CRISPR/Cas9系统的出现为基因工程提供了一个强有力的应用新工具,将给基因组定向编辑的研究和应用领域带来突破性的技术革命,特别是在基因功能解析、人类疾病靶向治疗等应用中有巨大的潜力和广阔的前景。更令人鼓舞的是,CRISPR/Cas9操作简单、实验周期短、节约成本,在基因治疗、精准医疗和动物模型建立方面的巨大优势,有着巨大的商业价值和市场空间。
 
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