打字猴:1.700227578e+09
1700227578
1700227579 此时,距离2012年的论文发表仅仅过去了2年时间,而CRISPR‐Cas 9已在全球的各项实验中获得了广泛使用,奠定了其基因组编辑的王牌技术的地位。甚至在2015年,还传出了它的发明者有可能成为诺贝尔奖有力候选者的消息。能在如此短的时间里获得广泛关注和普及的技术真是少之又少。作为刚诞生不久的新技术,CRISPR‐Cas 9至今仍在不断完善,不断进化。
1700227580
1700227581
1700227582
1700227583
1700227584 基因魔剪:改造生命的新技术 [:1700226923]
1700227585 基因魔剪:改造生命的新技术 “向导”和“剪刀”——CRISPR‐Cas 9的机制解析
1700227586
1700227587 基因组编辑大受瞩目,正是在CRISPR‐Cas 9这一技术开发成功之后。该技术的特征在于,能以极其简单的方式对基因进行精准操作。
1700227588
1700227589 CRISPR‐Cas 9是由两大要素构成的:其一是以RNA(Ribonudeic Acid,核糖核酸)形式存在的被称作“向导RNA”的部分;其二是被称作Cas 9的用于切断DNA的酶。
1700227590
1700227591 向导RNA,顾名思义,承担的是向导的工作,它能找出需要作为靶点进行切断的是DNA的哪一部分。向导RNA巧妙地利用了RNA的功能——RNA和DNA一样都属于核酸,但却具有不同的功能。DNA主要存在于细胞核内,用于保存信息;RNA则承担了对这些情报进行转运,也就是誊写的工作。因此,RNA能够以互补的方式与DNA序列相结合。
1700227592
1700227593 RNA由四种碱基:腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)排列而成。每种碱基都能与DNA上相应的碱基相结合。DNA的腺嘌呤(A)对应RNA的尿嘧啶(U);DNA的鸟嘌呤(G)对应RNA的胞嘧啶(C)。如此确认结合对象的原则称作“互补配对”。比如,RNA引入了腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、尿嘧啶(U)的序列,则它将与序列为胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)、腺嘌呤(A)的DNA相结合。
1700227594
1700227595
1700227596
1700227597
1700227598 ■RNA转运的原理
1700227599
1700227600 CRISPR‐Cas 9正是利用了RNA的这一特性。用图书馆数据库的检索功能来打个比方:我们想要阅读某本书,但在庞大的图书馆里,不知道这本书存放在哪个书架上,于是我们就要使用数据库的关键词检索功能,输入想读的书的标题进行检索,在书海中找到与标题相一致的书的存放位置。
1700227601
1700227602 RNA的使用方法与之类似。书的标题相当于由20个碱基排成的序列,我们需要从DNA中找到与该序列互补一致的排序。人类的基因组是由约30亿对碱基排列而成的,每个细胞中都包含着具有30亿对碱基的DNA,所以,需要从中找到与由20个碱基组成的“标题”完全匹配的DNA序列。用“找到”这个词,或许会让人感到奇妙,我们可以想象成碱基相互之间会朝着完全匹配的结合位点移动。虽然相似的序列之间同样存在吸引力,但只要存在吻合度更高的其他位置,碱基就会朝该方向移动,最终必然能找到完全匹配的位点。
1700227603
1700227604 向导RNA会与用来切断DNA双链的Cas 9内切酶形成一个复合体。该复合体被送入想要进行基因操作的细胞内部,找到目标DNA序列,然后由Cas 9执行对DNA的切断。
1700227605
1700227606
1700227607
1700227608
1700227609 ■CRISPR‐Cas 9原理
1700227610
1700227611 细胞之中的DNA具有在被切断后进行修复的功能。如果任由其修复成和原序列相同的序列,则CRISPR‐Cas 9会再次发生作用,重复进行切断。因此,必须在反复的“切断—修复”过程中,诱导其发生“修复失误”,令原序列中的碱基发生变化。一旦发生变化,CRISPR‐Cas 9就会停止切断,而发生过“修复失误”的序列则无法再发挥原本的功能。如此一来,就实现了对目标基因的点对点精确破坏(基因敲除)。
1700227612
1700227613 利用这项技术,我们还可以朝瞄准的位点插入新的基因。只要把想导入的新DNA片段与CRISPR‐Cas 9一起传递到细胞内,在基因尝试修复被切断位点的过程中,该DNA片段就会被捕获。把基因切断,然后连接上别的基因,如此这般,就实现了“编辑”。
1700227614
1700227615 如今,RNA属于非常容易制备的材料。第一代和第二代的基因组编辑都是使用蛋白质作为向导的。而第三代CRISPR‐Cas 9则抛弃了蛋白质,只需要准备RNA和Cas 9就足够了,因此操作过程与以往相比,简单了许多。正是这份简单,成为CRISPR‐Cas 9获得迅速普及的原因。
1700227616
1700227617
1700227618
1700227619
1700227620 基因魔剪:改造生命的新技术 [:1700226924]
1700227621 基因魔剪:改造生命的新技术 原则上,基因组编辑能应用于所有生物
1700227622
1700227623 以CRISPR‐Cas 9为核心的基因组编辑技术,被认为能应用于所有生物。研究人员甚至发现,对细胞和病毒也可以进行基因组编辑。
1700227624
1700227625 对于动物,现已确认除人类、猴子和小鼠等哺乳动物之外,CRISPR‐Cas 9对于真鲷、斑马鱼等鱼类,青蛙等两栖动物以及蟋蟀等昆虫同样有效。对于除人类之外的动物,主要是针对受精卵进行基因组编辑。
1700227626
1700227627 在受精卵中引入新DNA片段这一操作本身并不复杂。在第一章我们已经介绍过如何对青鳉的受精卵进行基因组编辑,这一过程需要用到专门用于操作玻璃毛细管的“显微操作器”(micromanipulator)装置。将毛细管插入受精卵,然后注入向导RNA和Cas 9,操作非常简单,大学本科生也能很快掌握。
[ 上一页 ]  [ :1.700227578e+09 ]  [ 下一页 ]