CrisprCas9 61314104張紫菡 CRISPR是什么 病毒能把自己的基因整合到細(xì)菌 利用細(xì)菌的細(xì)胞工具為自己的基因復(fù)制服務(wù) 細(xì)菌為了將病毒的外來入侵基因清除 進(jìn)化出CRISPR系統(tǒng) 利用這個系統(tǒng) 細(xì)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(xì)菌特有的免疫系統(tǒng) 后來 研究人員發(fā)現(xiàn) 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(biāo)基因 這些目標(biāo)基因包括人 老鼠 斑馬魚 細(xì)菌 果蠅 酵母 線蟲和農(nóng)作物細(xì)胞內(nèi)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(shù) CRISPR是什么 CRISPR簇是一個廣泛存在于細(xì)菌和古生菌基因組中的特殊DNA重復(fù)序列家族 其序列由一個前導(dǎo)區(qū) Leader 多個短而高度保守的重復(fù)序列區(qū) Repeat 和多個間隔區(qū) Spacer 組成 Spacer區(qū)域由俘獲的外源DNA組成 類似免疫記憶 當(dāng)含有同樣序列的外源DNA入侵時 可被細(xì)菌機(jī)體識別 并進(jìn)行剪切使之表達(dá)沉默 達(dá)到保護(hù)自身安全的目的 CRISPR簇附近存在一個多態(tài)性家族基因 該家族編碼的蛋白質(zhì)均含有可與核酸發(fā)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(qū)域共同發(fā)揮作用 因此被命名為CRISPR關(guān)聯(lián)基因 CRISPRassociated 縮寫為Cas Cas基因與CRISPR共同進(jìn)化 共同構(gòu)成一個高度保守的系統(tǒng) 目前發(fā)現(xiàn)的CRISPR Cas系統(tǒng)有三種不同類型即I型 II型和III型 在II型系統(tǒng)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(zhì)中部的HNH2個獨特的活性位點 在crRNA成熟和雙鏈DNA剪切中發(fā)揮作用 CrisprCas9工作原理 crRNA CRISPR derivedRNA 通過堿基配對與tracrRNA trans activatingRNA 結(jié)合形成tracrRNA crRNA復(fù)合物 此復(fù)合物引導(dǎo)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(shè)計這兩種RNA 可以改造形成具有引導(dǎo)作用的sgRNA singleguideRNA 足以引導(dǎo)Cas9對DNA的定點切割 CrisprCas9應(yīng)用 2013年1月份 美國兩個實驗室在 Science 雜志發(fā)表了基于CRISPR Cas9技術(shù)在細(xì)胞系中進(jìn)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(jìn)行切割導(dǎo)致突變 是一種可靠 高效 快速的構(gòu)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(jìn)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(jìn)步 在干細(xì)胞或者受精卵中定向切除致病基因 用預(yù)期的DNA模板片段進(jìn)行增添和修復(fù) 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(tài)系統(tǒng)或被改變除了農(nóng)業(yè) 研究人員正在考慮CRISPR如何能被或者說應(yīng)當(dāng)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(qū)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(dān)心 改變整個種群或?qū)⑵淙壳宄龝ι鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生無法預(yù)知的災(zāi)難性后果 這可能意味著其他害蟲會出現(xiàn) 或者影響食物鏈上處于較高位置的捕食者 他們還擔(dān)心 引導(dǎo)性RNA