CrisprCas9 61314104張紫菡 CRISPR是什么 病毒能把自己的基因整合到細菌 利用細菌的細胞工具為自己的基因復制服務 細菌為了將病毒的外來入侵基因清除 進化出CRISPR系統 利用這個系統 細菌可以不動聲色地把病毒基因從自己的染色體上切除 這是細菌特有的免疫系統 后來 研究人員發現 它似乎是一種精確的萬能基因武器 可以用來刪除 添加 激活或抑制其他生物體的目標基因 這些目標基因包括人 老鼠 斑馬魚 細菌 果蠅 酵母 線蟲和農作物細胞內的基因 這也意味著基因編輯器是一種可以廣泛使用的生物技術 CRISPR是什么 CRISPR簇是一個廣泛存在于細菌和古生菌基因組中的特殊DNA重復序列家族 其序列由一個前導區 Leader 多個短而高度保守的重復序列區 Repeat 和多個間隔區 Spacer 組成 Spacer區域由俘獲的外源DNA組成 類似免疫記憶 當含有同樣序列的外源DNA入侵時 可被細菌機體識別 并進行剪切使之表達沉默 達到保護自身安全的目的 CRISPR簇附近存在一個多態性家族基因 該家族編碼的蛋白質均含有可與核酸發生作用的功能域 具有核酸酶 解旋酶 整合酶和聚合酶等活性 并且與CRISPR區域共同發揮作用 因此被命名為CRISPR關聯基因 CRISPRassociated 縮寫為Cas Cas基因與CRISPR共同進化 共同構成一個高度保守的系統 目前發現的CRISPR Cas系統有三種不同類型即I型 II型和III型 在II型系統中pre crRNA的加工由Cas家族中的Cas9單獨參與 Cas9含有在氨基末端的RuvC和蛋白質中部的HNH2個獨特的活性位點 在crRNA成熟和雙鏈DNA剪切中發揮作用 CrisprCas9工作原理 crRNA CRISPR derivedRNA 通過堿基配對與tracrRNA trans activatingRNA 結合形成tracrRNA crRNA復合物 此復合物引導核酸酶Cas9蛋白在與crRNA配對的序列靶位點剪切雙鏈DNA 而通過人工設計這兩種RNA 可以改造形成具有引導作用的sgRNA singleguideRNA 足以引導Cas9對DNA的定點切割 CrisprCas9應用 2013年1月份 美國兩個實驗室在 Science 雜志發表了基于CRISPR Cas9技術在細胞系中進行基因敲除的新方法 利用靶點特異性的RNA將Cas9核酸酶帶到基因組上的具體靶點 從而對特定基因位點進行切割導致突變 是一種可靠 高效 快速的構建敲除動物模型的新方法 基因編輯成為較小型特殊作物和動物的一個可行選擇 過去幾年間 研究人員利用該方法對小型豬進行了基因改造 并且獲得了抗病小麥和水稻 他們還在通過基因改造獲得沒有角的牛 抵抗疾病的山羊和富含維生素的甜橙等方面取得進步 在干細胞或者受精卵中定向切除致病基因 用預期的DNA模板片段進行增添和修復 可針對多個基因靶向 對多基因疾病的研究有著重要作用 CrisprCas9隱患 生態系統或被改變除了農業 研究人員正在考慮CRISPR如何能被或者說應當被用于野外的生物體 大部分注意力集中在一種被稱為基因驅動的方法上 因為它能迅速將被編輯基因在整個種群中傳播 很多研究人員非常擔心 改變整個種群或將其全部清除會對生態系統產生無法預知的災難性后果 這可能意味著其他害蟲會出現 或者影響食物鏈上處于較高位置的捕食者 他們還擔心 引導性RNA