收藏  |   举报 2017-10-03 02:49   关注:229   回答:1

“基因敲除狗”,“基因敲除猪”,CRISPR/Cas9到底是...

已解决 悬赏分:0 - 解决时间 2024-11-12 08:51
“基因敲除狗”,“基因敲除猪”,CRISPR/Cas9到底是怎样一个技术
举报 2017-10-11 04:12
“基因敲除狗”,“基因敲除猪”,CRISPR/Cas9到底是怎样一个技术
技术

近日,中国科学家利用基因编辑技术——CRISPR/Cas9,对抑制狗骨骼肌生长的基因(MSTN)进行了敲除,培育出两只肌肉发达的“大力神”狗,成功构建了世界首个基因敲除狗模型。
科研人员所使用的“基因编辑技术”,顾名思义,能够让人类对目标基因进行“编辑”,实现对特定DNA片段的敲除、加入等。而CRISPR/Cas9技术自问世以来,就有着其它基因编辑技术无可比拟的优势,技术不断改进后,更被认为能够在活细胞中最有效、最便捷地“编辑”任何基因。
一、与诺奖“擦肩而过”的CRISPR/Cas9技术
这不是CRISPR/Cas9这项明星技术第一次得到人们的关注。在此之前,有着“豪华版”诺奖之称的“2015年度生命科学突破奖”颁发给了发现基因组编辑工具“CRISPR/Cas9”的两位美女科学家——珍妮弗?杜德娜和艾曼纽?夏邦杰。二人更是获得了2015年度化学领域的引文桂冠奖——素有诺奖“风向标”之称,曾被认为是今年诺贝尔化学奖的最有力竞争者。
那CRISPR/Cas9到底是一项什么技术,为何能够获得如此这般青睐,又何以在短短两三年时间内,发展成为生物学领域最炙手可热的研究工具之一,并有近700篇相关论文发表?它将来又会如何影响到我们的生活?
CRISPR/Cas9是继“锌指核酸内切酶(ZFN)”、“类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)”之后出现的第三代“基因组定点编辑技术”。与前两代技术相比,其成本低、制作简便、快捷高效的优点,让它迅速风靡于世界各地的实验室,成为科研、医疗等领域的有效工具。
二、CRISPR/Cas系统的灵感来源
CRISPR/Cas9技术的灵感来源于细菌的一种获得性免疫系统。与哺乳动物的二次免疫应答类似,细菌在抵抗病毒或外源质粒入侵时,会产生相应的“记忆”,来抵抗该种外源遗传物质的再次入侵,而这种获得性免疫正是由细菌的CRISPR/Cas系统实现的。
在细菌的基因组上,存在着串联间隔排列的“重复序列”,这些重复序列相对保守,我们称之为CRISPR序列(Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats—成簇的规律间隔的短回文重复序列)。
1、“记录”入侵者档案
其中的“间隔序列”来源于病毒或外源质粒的一小段DNA,是细菌对这些外来入侵者的“记录”。(如图A所示)。

图1 CRISPR序列示意图
其中,菱形框表示高度可变的间隔序列,正方形表示相对保守的重复序列
病毒或外源质粒上,存在“原间隔序列”,“间隔序列”正是与它们互相对应。“原间隔序列”的选取并不是随机的,这些原间隔序列的两端向外延伸的几个碱基往往都很保守,我们称为PAM(Protospacer adjacent motifs-原间隔序列临近基序)。
当病毒或外源质粒DNA首次入侵到细菌体内时,细菌会对外源DNA潜在的PAM序列进行扫描识别,将临近PAM的序列作为候选的“原间隔序列”,将其整合到细菌基因组上CRISPR序列中的两个“重复序列”之间。这就是“间隔序列”产生的过程。
2、打击二次入侵者
当外源质粒或病毒再次入侵宿主菌时,会诱导CRISPR序列的表达。同时,在CRISPR序列附近还有一组保守的蛋白编码基因,称为Cas基因。CRISPR序列的转录产物CRISPR RNA和Cas基因的表达产物等一起合作,通过对PAM序列的识别,以及“间隔序列”与外源DNA的碱基互补配对,来找到外源DNA上的靶序列,并对其切割,降解外源DNA。这也就实现了对病毒或外源质粒再次入侵的免疫应答。
正是基于细菌的这种后天免疫防御机制,CRISPR/Cas9技术应运而生,从而使科学家们利用RNA引导Cas9核酸酶实现对多种细胞基因组的特定位点进行修饰。
三、CRISPR/Cas9技术的实现需要什么?
在CRISPR/Cas9技术中,我们把即将被编辑的细胞基因组DNA看作病毒或外源DNA。基因编辑的实现只需要两个工具——向导RNA(guide RNA, gRNA)和Cas9蛋白。
其中,向导RNA的设计并不是随机的,待编辑的区域附近需要存在相对保守的PAM序列(即三碱基序列NGG,其中N可以是任意碱基),而且向导RNA要与PAM上游的序列碱基互补配对。以基因敲除为例,如图3所示,在待敲除基因的上下游各设计一条向导RNA(向导RNA1,向导RNA2),将其与含有Cas9蛋白编码基因的质粒一同转入细胞中,向导RNA通过碱基互补配对可以靶向PAM附近的目标序列,Cas9蛋白会使该基因上下游的DNA双链断裂。
对于DNA双链的断裂这一生物事件,生物体自身存在着DNA损伤修复的应答机制,会将断裂上下游
网站首页 | 关于我们 | 联系方式 | 使用协议 | 版权隐私 | 网站地图  |  排名推广  |  广告服务  |  积分换礼  |  网站留言  |  RSS订阅  |  违规举报
 
免责声明:本站有部分内容来自互联网,如无意中侵犯了某个媒体 、公司 、企业或个人等的知识产权,请来电或致函告之,本网站将在规定时间内给予删除等相关处理。