CRISPR-Cas9基因编辑技术 13307110132齐梓熙 技术背景 我们的身体即是基因表达的产物,可以说与我们身体相关的一切:无论是身高体重,还是身 体上可能出现的种种疾病,都与基因息息相关。如果我们可以自由的对自身的基因进行操纵, 那样的话当今困扰人类的许多问题:例如新生儿遗传病,癌症等等都会迎刃而解。虽然我们 距离这个目标还差得远,但在生物科研工作者们的辛勤努力下我们已经在朝这个目标不断前 进。下面我来介绍在基因编辑领域当前十分热门的技术: CRISPR-Cas9基因编辑技术 技术原理 CRISPR英文全名: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats,中文 名称为”规律成簇的间隔短回文重复”。是大多数细菌及古细菌中的一种天然免疫方式。如 我们所知,细菌也并非没有天敌,一种称为噬菌体的病毒会通过将自身DMA(是否存在注入 RNA的噬菌体呢?请老师指教)注入细菌体内的方式对细菌进行感染。在漫长的与噬菌体 搏斗中,细菌进化出了一种对抗异体DNA的方式- CRISPR系统:一串DNA序列以及一系列与 之功能相关的蛋白。 Genomic CRISPR locus Maturation and interference Adaptatio 看■ CRISPR repeat-spacer array b tracrRNA: crRNA co- maturation and Cas 9 co-complex formation RNaseⅢl G%(<严( pre-crRNA (precursor crRNA tracrRNA c (Doudna J A, Charpentier E. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas 9 LJ] Science,2014,346(6213):1258096.) 简单来说, CRISPR技术的原理是:通过将外来DNA的片段整合进细菌自己的基因组,然后转录 出RNA,经过一些剪切之后,利用这些RMA把带有DNA内切酶活性的Cas蛋白直接引导到外源序 列的位置,于是,外源DNA就可以被剪断。被剪短的外源基因无法正常发挥其侵染细菌的功能, 从而细菌达成了抵抗外来感染的目的
CRISPR-Cas9 基因编辑技术 13307110132 齐梓熙 一． 技术背景 我们的身体即是基因表达的产物，可以说与我们身体相关的一切：无论是身高体重，还是身 体上可能出现的种种疾病，都与基因息息相关。如果我们可以自由的对自身的基因进行操纵， 那样的话当今困扰人类的许多问题：例如新生儿遗传病，癌症等等都会迎刃而解。虽然我们 距离这个目标还差得远，但在生物科研工作者们的辛勤努力下我们已经在朝这个目标不断前 进。下面我来介绍在基因编辑领域当前十分热门的技术：CRISPR-Cas9 基因编辑技术。 二． 技术原理 CRISPR 英文全名：Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，中文 名称为”规律成簇的间隔短回文重复”。是大多数细菌及古细菌中的一种天然免疫方式。如 我们所知，细菌也并非没有天敌，一种称为噬菌体的病毒会通过将自身 DNA（是否存在注入 RNA 的噬菌体呢？请老师指教）注入细菌体内的方式对细菌进行感染。在漫长的与噬菌体的 搏斗中，细菌进化出了一种对抗异体 DNA 的方式-CRISPR 系统：一串 DNA 序列以及一系列与 之功能相关的蛋白。 (Doudna J A, Charpentier E. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9[J]. Science, 2014, 346(6213): 1258096.) 简单来说，CRISPR 技术的原理是：通过将外来 DNA 的片段整合进细菌自己的基因组，然后转录 出 RNA，经过一些剪切之后，利用这些 RNA 把带有 DNA 内切酶活性的 Cas 蛋白直接引导到外源序 列的位置，于是，外源 DNA 就可以被剪断。被剪短的外源基因无法正常发挥其侵染细菌的功能， 从而细菌达成了抵抗外来感染的目的
通过对 CRISPR系统中起引导作用的 Guide rna进行人工设计,我们便可利用它的基因剪切技术 实现一系列基因编辑操作。 三.技术应用 1.基因编辑 我们可以通过 CRISPR-Cas9技术进行基因定向敲除,插入操作,与传统技术相比具有可靠、 高效、快速的特点。通过在互联网上进行查询,可以发现: CRISPR-Cas9技术正在在科研和 医疗领域大放异彩: Nature子刊:首次利用 CRISPR/Cas9在体内成功切除 HIV DNA片段 Nature子刊:利用 CRISPR/Cas9清除人T细胞基因组中的HIV-1 cell:利用 CRISPR/Cas9系统精确标记发育大脑中的内源性蛋白 Cel1:开发出低成本的基于 CRISPR/Cas9的纸片诊断系统快速检测寨卡病毒 Nature:科学家利用 CRISPR-Cas9技术成功构建出细胞疾病模型 2.基因组学研究 CRISPR-Cas9技术与高通量DNA测序的结合也可进行功能基因组学研究。一些研究者已经通过 CRISPR-Cas9技术建立可能与某类功能相关的突变体库,通过功能性筛选和富集,PCR扩增及深 度测序分析,确认与这类功能相关的基因。[1] Hsu P D, Lander E S, Zhang F. Development and applications of CRISPR-Cas 9 for genome engineering[J.Ce11,2014,157(6):1262-1278 四.技术优缺点 1.优点: 与传统基因编辑技术相比较, CRISPR-Cas9技术具有成本低廉,准确性高,操作方便的 优点,具有极大的应用前景。 2.缺点: 目前 CRISPR-Cas9技术的脱靶问题比较严重,如果此问题不能得到妥善解决,则将 CRISPR-Cas9技术应用于人类遗传病治疗等与人体相关的操作仍将面临较大风险
通过对 CRISPR 系统中起引导作用的 Guide RNA 进行人工设计，我们便可利用它的基因剪切技术 实现一系列基因编辑操作。 三． 技术应用 1. 基因编辑 我们可以通过 CRISPR-Cas9 技术进行基因定向敲除，插入操作，与传统技术相比具有可靠、 高效、快速的特点。通过在互联网上进行查询，可以发现：CRISPR-Cas9 技术正在在科研和 医疗领域大放异彩： Nature 子刊：首次利用 CRISPR/Cas9 在体内成功切除 HIV DNA 片段 Nature 子刊：利用 CRISPR/Cas9 清除人 T 细胞基因组中的 HIV-1 Cell：利用 CRISPR/Cas9 系统精确标记发育大脑中的内源性蛋白 Cell：开发出低成本的基于 CRISPR/Cas9 的纸片诊断系统快速检测寨卡病毒 Nature：科学家利用 CRISPR-Cas9 技术成功构建出细胞疾病模型 2. 基因组学研究 CRISPR-Cas9 技术与高通量 DNA 测序的结合也可进行功能基因组学研究。一些研究者已经通过 CRISPR-Cas9 技术建立可能与某类功能相关的突变体库，通过功能性筛选和富集，PCR 扩增及深 度测序分析，确认与这类功能相关的基因。[1] Hsu P D, Lander E S, Zhang F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering[J]. Cell, 2014, 157(6): 1262-1278. 四． 技术优缺点 1. 优点： 与传统基因编辑技术相比较，CRISPR-Cas9 技术具有成本低廉，准确性高，操作方便的 优点，具有极大的应用前景。 2. 缺点： 目前 CRISPR-Cas9 技术的脱靶问题比较严重，如果此问题不能得到妥善解决，则将 CRISPR-Cas9 技术应用于人类遗传病治疗等与人体相关的操作仍将面临较大风险
参考文献: 1:蒲强1罗嘉1沈林园1李强2张谊3张顺华1朱砺1.基因组编辑技术的研究进展及 其应用.中国生物工程杂志 China biotechnology,2015,35(11):77-84 2: Hsu P D, Lander E s, Zhang F. Deve lopment and applications of crISPr-Cas 9 for genome engineering[J]. Cell, 2014, 157(6): 1262-1278 3: Doudna j A, Charpentier E. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9[J. Science,2014,346(6213):1258096
参考文献： 1：蒲 强 1 罗 嘉１沈林园１李 强２张 谊３张顺华１朱砺 1.基因组编辑技术的研究进展及 其应用.中国生物工程杂志 China Biotechnology，2015，35（11）：77-84 2：Hsu P D, Lander E S, Zhang F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering[J]. Cell, 2014, 157(6): 1262-1278. 3 ： Doudna J A, Charpentier E. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9[J]. Science, 2014, 346(6213): 1258096