基因编辑 中国实验动物信息网 2020-08-13 704

　　当病毒攻击细菌时，细菌引起针对DNA的防御反应，生物学家利用这种机制来开发基因工程技术。

　　报告，则只会引起注意。但是，如果同时发布六份报告，则意味着总体趋势。细菌也可能生病，这对乳业来说是一个潜在的大问题。乳制品行业通常依靠细菌（例如嗜热链球菌）生产酸奶和奶酪。嗜热链球菌将牛奶中的乳糖分解成刺激性的乳酸。但是，某些病毒（例如噬菌体）会逐渐削弱细菌，并可能严重破坏在细菌作用下生产的食品的质量或数量。

　　CRISPR技术

　　2007年，Danisco（一家总部位于丹麦哥本哈根的食品添加剂公司，现已被杜邦收购）的科学家们找到了提高细菌保护自身免受噬菌体能力的方法。它是。这一发现使杜邦能够生产出更强的用于食品生产的菌株。一些基本原理也已经阐明。细菌具有高度适应性的免疫系统，可以抵抗特定噬菌体的多种攻击。突然，不仅是食品科学家和微生物学家，而且以靶向特定基因序列的宝贵能力，许多领域都认识到细菌免疫系统的重要性。今年1月，四个研究小组报告了这个名为CRISPR的系统。在接下来的八个月中，许多科研团队将使用它来删除，添加，激活或靶向人类，小鼠，斑马鱼，细菌，果蝇，酵母，线虫和农作物细胞中的基因。抑制并演示了该技术。适用范围广。美国哈佛大学乔治教堂说，生物学家*近开发了几种精确操纵基因的新方法，但是“ CRISPR的有效性和易用性无处不在。很棒。”丘奇的实验室是*早将该技术应用于人体细胞的实验室之一。基于CRISPR，科学家正在以更快的速度建立人类疾病的小鼠模型，单基因研究甚至更快。您可以轻松地一次修改一个细胞中的多个基因，以研究它们之间的相互作用。然而，随着这种方法的局限性开始显现，今年CRISPR研究的狂潮可能会消失。但是，Church和CRISPR的其他先驱们已经建立了一家公司，希望使用这项技术来治疗遗传疾病。 “我认为在任何领域都没有任何实例表明这项技术的发展太快，”美国博兹曼州蒙大拿州立大学的生物化学家布莱克·维登海夫特说。一个良好的开端

　　这种新的基因工程工具于1987年首次报道，当时一个研究小组观察到细菌基因一端的一个奇怪的重复序列。这种现象在当时并没有引起很多人的注意。十年后，解密微生物基因组的生物学家经常发现类似的令人费解的模式-几乎相同的DNA序列，但其后沿相反的方向构建。这种模式发生在40％以上的细菌和90％的古细菌中。

　　许多研究人员认为这些奇怪的序列是没有意义的，但是在2005年，三个生物信息学团队报告说，间隔DNA与正常噬菌体的基因序列匹配，CRISPR显示它表明它可能在免疫中起作用。加州大学伯克利分校的生物化学家詹妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）说：“这是非常重要的线索。”就像真核细胞使用一种称为核糖核酸干扰（RNAi）的系统来破坏RNA一样，细菌会占据噬菌体DNA并使其干扰RNA分子（与外源DNA匹配）。另存为模板）。

　　在2007年，Dani Scoteam的Rodolf Barangau，Philip Holbus和其他团队可以通过添加或删除与噬菌体DNA匹配的间隔区DNA来改变嗜热链球菌对噬菌体的抵抗力。证明了当时，Balangau（现在位于北卡罗来纳州罗利市的北卡罗莱纳州立大学）并不完全了解CRISPR的潜力。 “我仍然不确定这些因素是否会成为现成的技术，例如引人注目的基因编辑技术。”我迈出了一步。他们独立地结合了不同的CRISPR相关蛋白所起的作用，并研究了间隔DNA在细菌免疫防御中的作用。但是，因为这种CRISPR系统比其他CRISPR系统更简单，所以两位专家立即转向了一种称为Cas9的蛋白质依赖性CRISPR系统。遇到噬菌体入侵后，CRISPR会做出反应，细菌将间隔DNA和DNA回文转录为一串长RNA分子。 tracrRNA（另一个RNA片段）和Cas9共同产生crRNA（来自间隔区的RNA）。 Charpentier小组在2011年的《自然》杂志上报告了这一发现。该团队提出，Cas9，tracrRNA和crRNA会以某种方式攻击与crRNA配对的外源DNA。

　　统治世界

　　CRISPR不仅仅是速度。教堂团队正在促进在人类细胞中使用TALEN（合成核酸酶）。在三种类型的人类细胞中，CRISPR系统在切割靶标DNA方面比TALEN更为有效，并且可以比TALEN处理更多的基因。为了解释CRISPR系统的简单性，Church的团队合成了数千个可锁定90％人类基因的指导RNA序列。一份独立的研究论文（由马萨诸塞州布罗德研究所的合成生物学家张峰及其同事完成）在大约

　　教堂论文的同时发表，表明CRISPR立即锁定了人类细胞中的两个基因。并表明可以切割。 Zhang与马萨诸塞州怀特黑德生物医学研究所的发育生物学家Rudolf Jaenisch合作，在小鼠胚胎干细胞中分裂了5个基因。这些工作为繁殖突变小鼠奠定了基础，突变小鼠是生物医学研究中的重要工具。一种方法是将胚胎干细胞从突变小鼠转移到发育中的胚胎中。他的团队发现，这可以简单地将Cas9信使RNA和两个引导RNA注入小鼠卵或受精卵中。根据

　　Zhang的CRISPR技术，新的鼠标模型将在几周内进行测试。张认为这种方法不仅限于大鼠。只要可以操纵和植入胚胎，就可以研究更大的动物（包括灵长类动物）。

　　Zhang and Church报告在线发布三周后，Doudna的团队和一个韩国研究团队报告说，CRISPR用于成功地从人细胞中去除DNA。同时，另一个团队透露他们使用CRISPR来创建突变斑马鱼。一系列研究报告产生了协同效应，在生活世界中引起了广泛关注。北卡罗来纳州达勒姆市杜克大学生物医学工程师查尔斯·加斯巴赫说：“如果只发表一份报告，就不会引起注意，但是如果同时发表六份报告，通常这是一种趋势。”

　　一年前，当他们看到Daudna和Charpentier的报告时，高海沙的理论给他们留下了深刻的印象。高才霞的团队来自北京中国科学院遗传与生物研究所，并利用锌指结构和TALEN技术进行水稻和小麦研究。她的团队使用CRISPR成功禁用了水稻中的四个基因。简而言之，该技术可用于改良重要的水稻。对于小麦，删除了赋予小麦白粉病抗性的基因。 CRISPR的进步令人兴奋。高才霞研究小组的研究报告发表在8月号的《自然生物技术》上。同时，关于植物和小鼠CRISPR研究结果的其他四份报告同时发表。使用

　　CRISPR的成本非常低。免费软件将引导RNA（特定基因）的设计成本降低至零，并从名为Addgene的基因资源库中获取基因的成本为65美元。设计您自己的CRISPR系统。从今年开始，共有11个科学小组的Addgene提供了可用于CRISPR系统的DNA序列，目睹了5000个CRISPR构建体的产生。今年7月，Addgene在一周内收到了100份订单（用于设计新结构）。