与PCR技术可媲美的明星技术:CRISPR

【字体: 时间:2015年06月15日 来源:生物通

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  “从我最开始从事科研以来,经历过两次大的发展。”康奈尔大学遗传学家John Schimenti表示,像在1985年被发明后使基因工程领域发生革命性变化的基因扩增方法——PCR一样,“CRISPR正通过如此多的方式影响生命科学”。

  生物通报道:就在几年前,如果分子生物学想要改变目标生物体的基因组,那还是一件十分困难的事,需要花费数周的时间进行多个实验尝试。然而今天,科学家们能快速的沉默或者编辑一个基因,因为他们有了这种称为成簇规律间隔的短回文重复DNA碱基序列的CRISPR新技术。

(CRISPR/Cas9 基因编辑技术对许多研究领域都已经产生了重要影响,Cas9就是图中蓝绿色/蓝色部分,RNA是品红和石灰绿部分,图片来自Shutterstock/molekuul.be)

“从我最开始从事科研以来,经历过两次大的发展。”康奈尔大学遗传学家John Schimenti表示,像在1985年被发明后使基因工程领域发生革命性变化的基因扩增方法——PCR一样,“CRISPR正通过如此多的方式影响生命科学”。

“这种技术确实涉及了几乎每一种被测序的生物体基因组,”来自威斯康星大学麦迪逊分校的Jill Wildonger说。CRISPR 使用者也利用Cas9 酶在多个点切断入侵病毒的基因组,分析了细菌的免疫系统。

这种技术的关键就在于简单:Cas9酶由导向RNA指引,切割特殊序列DNA,然后细胞本身的DNA修复机器就会采用两种修补模式中的一种进行修补。第一种模式就是简单的将两块片段粘回在一起,但是并不是完全修补,因此会留下疤痕,导致靶标基因无法正常运行。

第二种模式则是细胞拷贝临近区域的DNA片段,修补丢失的序列。这样科学家们就可以利用自己的DNA模版,引导细胞按照他们希望的序列,从一个小突变变成整个新基因。

在过去的几年,CRISPR/Cas9 基因编辑系统已经遍布了许多生物学实验室,但就像来自加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna所说的那样,最初CRISPR 研究人员并没有想到会变成这样。

首先进行CRISPR 研究的是美国Danisco公司的食品科学家们,他们发现了一种方法,能极大的增强工业细菌对噬菌体的抵抗力,这种方法就是用噬菌体来免疫细菌,从中证明了细菌也是具有适应性免疫系统的,而且依靠这种免疫能抵制同一种噬菌体的多次攻击。

其中细菌的染色体中包含了一种称为“成簇规律间隔的短回文重复DNA碱基序列”,这也就是CRISPR,这些重复序列之间就是感染细菌的病毒序列,细菌会将这些病毒序列记住,以防下一次感染。如果同一个病毒又来侵染,那么细菌免疫系统就会产生一段序列拷贝,也就是crRNA,以及tracrRNA,这些RNAs会召集Cas9酶,切断病毒DNA。

由此就产生了一些脱靶问题,在人类基因组中CRISPR/Cas9具有crRNA特异性脱靶结合活性,不过大多数的这些结合脱靶效应,在体内和体外都不能有效地裂解,表明人类基因组中的CRISPR/Cas9脱靶裂解活性是很有限的。

(生物通)
 

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