基因武器和基因编辑 (基因编辑单基因)

都说21世纪是生命科学的世纪,如果非要拿出什么东西来证实这一观点,那么基因编辑技术一定榜上有名。

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美妙的双螺旋

其实基因编辑技术目前已经发展到了第三代,也就是被称为“基因魔剪”并被广泛应用的CRISPR/Cas9技术,该技术的创新与发展离不开一位出生于国际庄的华裔科学家——张锋。

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美国麻省理工学院(MIT)终身教授,华裔科学家,张锋

CRISPR/Cas9是广泛存在于细菌或古菌中的一套降解外源遗传物质的系统,可以帮助细菌抵抗噬菌体的侵染。简单来说,CRISPR/Cas9可以靶向、精确切割特定的核酸序列(DNA或RNA)。

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不同类型的CRISPR/Cas系统

CRISPR/Cas9属于上图描述的Type II(类型II),其中的CRISPR是英文“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”的首字母缩写,意思是“成簇的规律间隔的短回文重复序列”,“Cas9”指的是“CRISPR-associated protein 9”,也称为Cas9蛋白。

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CRISPR位点示意图

当噬菌体侵入细菌后将其遗传物质—双链DNA—注入到细菌中,而细菌可以将噬菌体的一段DNA整合到CRISPR位点的间隔区(上图绿色方框),这一段序列和原来的重复序列(上图棕色菱形)可以转录成crRNA,crRNA、tracrRNA和Cas9蛋白组装成细菌对抗噬菌体的“*器武**”,随后通过碱基互补配对特异结合噬菌体DNA的序列并进行切割。

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CRISPR/Cas9介导的基因编辑

目前CRISPR/Cas9技术已经发展得非常成熟,而且不断有新的技术突破,已经成为生物实验室的一项常规操作,科研人员可以用它对任何感兴趣的基因进行编辑。但基因编辑技术也引发了一系列问题,包括其脱靶风险(编辑了不想编辑的基因)、系统组分(如Cas9蛋白)在体内的安全性、以及伦理问题等。原南方科技大学副教授贺建奎就是因为私自开展人类基因编辑实验,造成两名“基因编辑婴儿”的诞生而最终获刑。

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2019年12月30日,贺建奎因“基因编辑婴儿案”被判处三年有期徒刑

无论你是否了解,基因编辑技术已经而且仍将影响我们的生活,而它的的诞生和发展也充满了传奇和纷争,不过那就是另外一个故事了。

参考文献:

Hsu P D, Lander E S, Zhang F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering[J]. Cell, 2014, 157(6): 1262-1278.

Jiang F, Doudna J A. CRISPR–Cas9 structures and mechanisms[J]. Annual review of biophysics, 2017, 46: 505-529.