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基因魔剪：改造生命的新技术 [:1700226921]
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基因魔剪：改造生命的新技术 基因组编辑是何时出现的
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如果能准确地对基因进行操作，就能更自由地制造出“基因敲除小鼠”，甚至还能对除小鼠之外的其他生物实施基因敲除。开发基因组编辑技术的过程持续了很多年，这项技术的开发要点在于，如何才能准确地击中想要操作的基因。
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大约在20年前，出现了第一代基因组编辑技术——ZFN（锌指核酸酶，Zinc Finger Nuclease）。
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上文已经阐述过，生物的基因是利用4种碱基来记载信息的。而在细胞里，则存在具有能与特定碱基相结合的蛋白质。ZFN所凭借的就是蛋白质的这种特性。
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在使用ZFN时，研究者首先必须针对蛋白质的特定部分（锌指）进行分析和设计，使其能与想要编辑的DNA碱基序列相结合，然后制备出该锌指蛋白，并将其送入细胞之中。它会从数万基因中找到目标基因，并与之结合。
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在该锌指蛋白上，还设置有另一重关键诀窍——其上连接有能够切割基因的限制性内切酶（的一部分）。如此一来，当ZFN与目标基因结合时，该内切酶就能发挥类似剪刀的作用，将基因切断，从而使得目标基因丧失作用。
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锌指蛋白对碱基的识别以1～3个为一组。比如对于“GAA”这一碱基序列，则需选择与其相对应的适当的锌指进行排列。有时单纯依靠排序还是难以识别，这取决于成为靶点的碱基的排列方式。总之，想要完成与碱基进行结合的蛋白质的制备工作，必须具备极高的知识水平和技术能力以及丰富的经验。
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之后，在2010年左右出现的第二代TALEN（transcription activator‐like effector nuclease，转录激活因子样效应物核酸酶）技术实现了相当大的突破。每一个碱基都与一个TAL repeat（蛋白）相结合。在熟悉TALEN之前确实会感到它难以使用，但其作为能读取基因序列并准确切断目标位点的技术，在专家之中逐渐获得了广泛关注。
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确实，已有越来越多的研究人员开始使用TALEN进行研究，而且在技术层面也已取得很大进展，如今已经能以更高的效率，在短时间内完成使用前的准备工作。TALEN很少会发生误切断非目标DNA序列的情况，直到如今，它获得的评价依然很高。
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■ZFN原理
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■TALEN原理
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基因魔剪：改造生命的新技术 第三代技术——CRISPR‐Cas 9诞生记
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第三代的CRISPR‐Cas 9，是以发表于2012年的某篇论文为其诞生标志的新技术，常被称作“基因魔剪”。正是因为CRISPR‐Cas 9的出现，基因组编辑才获得了全球性的普及。
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这篇论文是美国加利福尼亚大学伯克利分校的詹妮弗·杜德娜（Jennifer Doudna）博士，以及瑞典于默奥大学（Umea°Universitet）的埃马纽埃尔·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）博士的研究组的共同成果。她们创造出的CRISPR‐Cas 9与第一代和第二代基因组编辑技术有着根本性的不同。
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研究组注意到，细菌具备某种防御病毒入侵的机制。细菌之中存在一种名为CRISPR的DNA序列，该序列会在对抗病毒感染时发挥作用，然而，科学家尚不清楚其具体的作用机制。
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CRISPR包含某种颇具特征的重复序列，其中容纳有病毒的部分DNA，这是过去曾感染过的病毒的基因片段。当再次遭受到同种病毒的感染时，细菌就能以该序列为标记，利用一种名为Cas 9的酶，将病毒的DNA切断以防止感染。
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包括我们人类在内的脊椎动物，都拥有免疫系统机制以保护自身。大家知道，如果在小时候曾得过麻疹或水痘，那么将来再次感染时症状就会减轻，这得益于免疫细胞在感染后记住了病原体特征。疫苗利用的就是对病原体的细胞表面特征的记忆作用。接种疫苗之后会发生初次感染，于是免疫细胞就记住了这种特征，在发生二次或多次感染时就能快速消除病原体。这叫作“获得性免疫”。
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在细菌中发现的“CRISPR”的DNA序列和“Cas 9”的酶能起到类似的作用。只不过，作为标记被记住的是基因的碱基序列。换句话说就是，细菌也具备以基因序列为标记的获得性免疫能力。
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两人的研究组在CRISPR和Cas 9的现有功能的基础上，对其进行了易于使用的改进，并展示了将其当作人为切断目标DNA序列的道具来使用的方法。换言之，她们证明了它可以成为基因组编辑的工具。许多研究者都对该项成果给予了回应。
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其中包括由麻省理工学院（MIT）和哈佛大学共同成立的博劳德研究所（Broad Institate）的张锋博士的研究组，他们随即也投入了对CRISPR‐Cas 9的应用和改良工作中。研究组确认了CRISPR‐Cas 9亦可应用于人类和动物细胞，并对其进行了进一步改良，充分展示了它在技术层面的巨大潜力和通用性。自此，对CRISPR‐Cas 9的应用才算是“真刀真枪”地开始了。