16.9: 基因编辑技术

基因组编辑技术允许科学家通过在特定基因组位置添加、移除或重新排列遗传物质来修改生物体的DNA。这些技术有可能被用于治疗血友病和镰状细胞性贫血等遗传疾病。crispr-cas9系统是一种广受欢迎、应用广泛的DNA编辑研究工具，可以安全有效地治疗遗传性疾病。crispr-cas9代表簇状规则间隔的短回文重复序列和crispr相关蛋白9。一个基本的CRISPR-CAS9系统由一个CAS9内切酶和一个引导CAS9到达目标DNA的小RNA组成。

起源

CRISPR 序列最初在细菌中观察到，后来在古细菌中鉴定出来。研究人员发现CRISPR-Cas9 系统对入侵病毒具有适应性免疫防御作用。许多细菌和大多数古细菌捕获病毒DNA的短序列，以创建病毒DNA片段库或CRISPR 阵列。当原核生物再次暴露于同一病毒或同一类病毒时， CRISPR阵列被用来转录小RNA片段，帮助识别病毒侵略者，然后用Cas9或类似的核酸内切酶破坏病毒DNA。

使用CRISPR-Cas9技术

CRISPR-Cas9是实验室常用的去除DNA并插入新的DNA序列的方法。为了实现这一目标，研究人员必须首先创建一个称为导向RNA的RNA小片段，其短序列称为导向序列，与基因组DNA上的特定靶序列结合。引导RNA还可以与 Cas9 (或Cpf1 等其它核酸内切酶)结合。引导RNA和Cas9 蛋白被注射到兴趣的细胞中，引导RNA识别目标DNA序列， Cas9将其切割。

然后，细胞的机器通过插入或删除随机核苷酸来修复断裂的链，从而使目标基因失去活性。或者，可以将定制的DNA序列与作为修复机器的模板的引导RNA和Cas9一起引入细胞，并替换切除的序列。对于研究人员来说，这是一种非常有效的方法，可以“敲除”一个基因来研究其作用，或者用一个正常的拷贝替换一个突变的基因，以期治愈一种疾病。

人类的伦理和可行性考虑

由于CRISPR-Cas9 系统具有显著的基因修饰能力，人们对它的使用，特别是在胚胎编辑方面，进行了激烈的争论。一位中国科学家最近声称，他们利用 CRISPR技术创造了基因编辑婴儿，使一种与艾滋病病毒感染有关的基因失效。这导致了全球科学家对该程序的伦理和安全考虑的强烈抗议。许多人认为此举为时过早，其他人则对非靶基因效应表示担忧。尽管CRISPR-Cas9系统可能的生物技术应用数量众多，但重要的是要考虑其使用可能带来的未来挑战。

CRISPR-Cas9系统 是一种DNA编辑工具， 代表有规则的间隔排列的短回文重复序列 和CRISPR相关蛋白9。 首先在细菌中观察到， CRISPR-Cas9是一种防御病毒的手段。 当外来病毒DNA进入细菌时， 会被加工成更小的片段。

该基因可能被插入细菌基因组中 一个被称为CRISPR基因座的区域。 当该区域被转录时， 该产物与被称为转录核糖核酸的较小核糖核酸结合， 这可能有助于将Cas9蛋白和 核糖核酸酶定位于该分子。 后者切割了转录本。

最终的结果是几个复合物， 每个复合物由一个Cas9蛋白、四氢核糖核酸和一个 来源于基因座的脱氧核糖核酸组成。 这些结构中的CRISPR核糖核酸识别 并引导Cas9进入 病毒的脱氧核糖核酸，然后被切割和破坏。 科学家通过合成单个的 核糖核酸分子 来控制CRISPR-Cas9，这些核糖核酸分子模仿 能靶向感兴趣基因的tracrRNA和CRISPR核糖核酸。

例如，当两个这样的引导核糖核酸 被引入到具有Cas9的细胞中， 并且两者都靶向相同的基因时， 序列可以被切除。 一旦该目标区域被移除， 切割端被重新连接， 并且观察对细胞的影响。 因此CRISPR-Cas9系统是由 细菌机制改造而来的。 并且可以用于一系列基因编辑技术。