基因編輯新技術(shù)

1、基因編輯新技術(shù)引 言 2013年，CRISPRs 成為了生物技術(shù)圈的寵兒。 什么是CRISPRs？ CRISPRs 全稱為規(guī)律成簇間隔短回文重復(fù)。這是一類廣泛分布于細(xì)菌和古菌基因組中的重復(fù)結(jié)構(gòu)。這種基因組編輯技術(shù)能夠重編程一種CRISPR系統(tǒng)，其有潛力切割任何的特異性DNA靶標(biāo)。目 錄 1. 背景 2 . 方法 3 . 結(jié)果 4. 討論 背 景 1. 懷特海德生物醫(yī)學(xué)研究所的創(chuàng)始人 曾在1974年成功構(gòu)建出第一只轉(zhuǎn)基因小鼠，由此改變了遺傳學(xué)的研究模式。2. 1987年，日本大阪大學(xué)的研究人員在調(diào)查一種編碼堿性磷酸酶的細(xì)菌基因序列時(shí)，發(fā)現(xiàn)了鄰近的一個(gè)不同尋常的DNA片段。 方 法 1. 機(jī) 理核

2、酸內(nèi)切酶在特定位點(diǎn)的DNA進(jìn)行切割，形成雙鏈DNA缺口，然后細(xì)胞會(huì)借助同源重組機(jī)制或者非同源末端連接機(jī)制對(duì)斷裂的DNA進(jìn)行修復(fù)。 方 法 近幾十年來(lái)全基因組測(cè)序常規(guī)化，在很多的細(xì)菌和古細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了包含CRISPR序列的區(qū)域和CRISPR相關(guān)(Cas)基因。發(fā)現(xiàn)這些短獨(dú)特序列能與病毒或質(zhì)粒DNA序列相匹配，表明CRISPRCas系統(tǒng)能夠編碼“適應(yīng)性”免疫系統(tǒng)。它具有普適應(yīng)。 方 法 3 .過(guò)程（以cas9為例） 結(jié) 果 1.美國(guó)哈佛-麻省理工Broad 研究所、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院和首爾大學(xué)的三個(gè)獨(dú)立研究小組設(shè)計(jì)出了雙RNAs或 sgRNAs，當(dāng)研究人員在各種人類細(xì)胞系中表達(dá)這種“人源化” Cas9和

3、導(dǎo)向RNAs時(shí)，他們觀察到靶DNA發(fā)生了預(yù)期的改變，介導(dǎo)了雙鏈斷裂及隨后的修復(fù)。這種基因打靶成功率高達(dá)38%，只伴隨有低水平的Cas9毒性。 結(jié) 果 2 Hwang等人則使用單細(xì)胞斑馬魚(yú)胚胎進(jìn)行了試驗(yàn)，他們將編碼Cas9蛋白的mRNA和特定的向?qū)NA注射到斑馬魚(yú)胚胎內(nèi)，結(jié)果取得了成功，在所有被注射的斑馬魚(yú)胚胎內(nèi)，10個(gè)切割位點(diǎn)中有8個(gè)位點(diǎn)都發(fā)生了切割，并且引入了插入或者缺失突變。 討 論 1 . 優(yōu)勢(shì) A.更高效的基因編輯效率 B.更廣的可編輯基因范圍 C.更好的可誘導(dǎo)性和可逆性 D.更多位點(diǎn)的同源基因研究 E.能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)真核細(xì)胞的基因編輯 F. 成本低 D.構(gòu)建簡(jiǎn)單 討 論 2.不足 A

4、CRISPR/Cas9不能對(duì)任意序列進(jìn)行切割 B 該技術(shù)也面臨著如何控制雙鏈斷裂之后的非同源末端連接修復(fù)可能隨機(jī)產(chǎn)生細(xì)胞毒性的問(wèn)題。 討 論 3 應(yīng)用 A 干細(xì)胞的基因編輯 B 腫瘤、艾滋病等的治療 C 重大傳染病的基因治療 D 生物工程中的巨大潛力 討 論 4 疑問(wèn) A .CRISPRs是否還有其他的功能？ B. 為什么自然界中的噬菌體大量存在，卻只在40%的細(xì)菌中存在CRISPRs基因座？ C. 既然細(xì)菌與噬菌體是一種共進(jìn)化的關(guān)系，是否可以猜測(cè)噬菌體中也存在著能夠抵抗CRISPRs系統(tǒng)的相關(guān)機(jī)制? 討 論 5 熱點(diǎn) 下一個(gè)挑戰(zhàn)將是分析和解決可能出現(xiàn)的脫靶效應(yīng)，提高系統(tǒng)效率和特異性，擴(kuò)大應(yīng)用到其他生物體。 6 未來(lái) CRISPR/Cas9在基礎(chǔ)理論研究，臨床治療和農(nóng)牧漁業(yè)等領(lǐng)域必將有越來(lái)越有廣闊的應(yīng)用前景，并且產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。謝謝目 錄 1. 背景 2 . 方法 3 .