介绍CRISPR基因组编辑

什么是CRISPR以及如何使用它来编辑DNA

CRISPR / CAS基因编辑是在基因治疗和作为诊断工具使用的复合物。
CRISPR / CAS基因编辑是在基因治疗和作为诊断工具使用的复合物。 pasieka /盖蒂图片社

想象一下,能够治愈任何遗传病,预防 抵抗抗生素,改变蚊子所以他们 不能传播疟疾,预防癌症,或无排斥动物成功地移植器官到人。分子机器来实现这些目标不是科幻小说设定在遥远的未来的东西。这些目标是通过一个家庭的可实现成为可能 DNA序列 所谓crisprs。

什么是CRISPR?

CRISPR(发音为“蔬菜室”)是对群集间隔开短重复的缩写定期,一组细菌在DNA序列中发现的充当抗病毒防御系统感染的细菌,可以。 crisprs是一个遗传密码由从病毒袭击的细菌序列的“垫片”破碎。如果细菌再次遇到病毒,CRISPR作为一种存储体,使其更容易保卫细胞。

CRISPR的发现

crisprs是重复的DNA序列。
crisprs是重复的DNA序列。 安德鲁·布鲁克斯/ Getty图像

集群DNA重复序列的发现发生在20世纪80年代和90年代独立研究人员在日本,荷兰和西班牙。缩写CRISPR Mojica是由旧金山和范尼扬森在2001年就提出,以减少由不同的研究小组在科学文献中使用不同的缩略词造成的混乱。 mojica crisprs推测是细菌形式 获得性免疫。在2007年,由Philippe霍瓦特领导的研究小组ESTA实验验证。这不是科学家找到一种方法来操纵和在实验室中使用crisprs很久以前。在2013年,该实验室张成为第一个发布工程crisprs的方法在小鼠和人性化的基因组编辑使用。

如何CRISPR工程

从化脓链球菌编辑复杂的CRISPR-cas9基因:该蛋白质核酸酶cas9以位点互补(绿色)用的导向RNA序列(粉红色)来切割DNA。
从化脓链球菌编辑复杂的CRISPR-cas9基因:该蛋白质核酸酶cas9以位点互补(绿色)用的导向RNA序列(粉红色)来切割DNA。 molekuul /科学图片库/盖蒂图片社

从本质上讲,天然CRISPR给出单元能力寻求剿。在细菌中,工程通过转录CRISPR间隔序列确定靶DNA即病毒。由细胞产生的酶(例如,cas9)然后结合靶DNA和切割它,关闭靶基因和禁用所述病毒之一。

在实验室中,cas9或另一种酶切割DNA,而CRISPR告诉它在哪里剪断。而不是使用病毒签名,CRISPR间隔来定制研究人员寻求感兴趣的基因。有科学家修改cas9和其他蛋白质,如CPF1这样的,所以,他们要么切或者激活的基因。转基因和关闭更容易为科学家研究基因的功能。 DNA序列的切割,这便于用不同的序列替换。

为什么要使用CRISPR?

CRISPR是不是在分子生物学家的工具箱中的第一个基因编辑工具。其它技术用于基因的锌指核酸酶包括编辑(ZFN),转录激活样效应核酸酶(TALENS),并从可移动的遗传元件改造大范围核酸酶。 CRISPR是一个多功能的技术,因为它的成本效益,允许对目标的巨大的选择,并且可以针对特定的技术与其他位置无法到达。但是,这是一个大问题,最主要的原因是,它是非常容易设计和使用。多数民众赞成所有需要的是20个核苷酸的目标网站,这可以制成 通过构建指南。机制和技术是很容易理解和使用正在成为他们生物学本科课程标准。

CRISPR的使用

CRISPR可用于开发用于基因治疗新药。
CRISPR可用于开发用于基因治疗新药。 大卫·麦克/盖蒂图片社

研究人员使用CRISPR使动物模型和细胞基因致病的识别,开发基因疗法,和工程师生物体有需要的性状。

目前的研究项目包括:

  • 应用CRISPR到 预防和治疗艾滋病,癌症,镰状细胞病,阿尔茨海默氏症, 肌营养不良症,和莱姆病。理论上,具有遗传成分的任何疾病可被治疗基因治疗。
  • 开发新的药物来治疗失明和心脏疾病。 CRISPR / cas9已经-被用来去除色素性视网膜炎突变引起。
  • 延伸的易腐食品的保质期,提高作物的抗病虫害,和营养价值和产量的增加。例如,罗格斯大学的研究小组已经用这种技术 使葡萄抗霜霉病.
  • 移植猪的器官 (xenotransplanation)进入人体无排斥
  • 带回 猛犸象 或许恐龙和其他已灭绝的物种
  • 使蚊虫抗性 到 恶性疟原虫 寄生虫导致疟疾

显然,CRISPR和其他基因组编辑技术是有争议的。在2017年一月,FDA我们建议准则涵盖使用这些技术。此外其他国家政府正在研究法规来平衡收益和风险。

选择的参考文献和进一步的阅读

  • barrangou R,C fremaux Deveau小时,理查兹男,布瓦亚瓦尔P,moineau S,迷迭香DA,对Horvath的(2007年3月)。 “反病毒CRISPR提供收购了原核细胞性”。 科学315 (5819):1709至1712年。 
  • 霍瓦特P,R barrangou(2010年1月)。 “CRISPR / CAS,细菌和古细菌的免疫系统”。 科学327 (5962):167-70。
  • 张楼,文和郭X(2014)。 “CRISPR / cas9的基因组编辑:进展,影响和挑战”。 人类分子遗传学23(R1):r40-6。