基因编辑

基因编辑,能力非常具体的变化DNA序列的一个活的有机体,本质上定制它的基因组成。基因编辑进行使用酶,特别是核酸酶已经设计针对特定的DNA序列,在DNA链中引入削减,使删除现有的DNA和DNA插入替换。关键之一是一个分子的工具称为基因编辑技术CRISPR-Cas9,一个强大的技术2012年,美国科学家发现的詹妮弗Doudna法国科学家Emmanuelle贝纳由美国科学家,同事和精制冯张先生和他的同事们。CRISPR-Cas9精确地运作,让研究人员删除和插入DNA在所需的位置。

的重大飞跃基因编辑工具带来了新的长期讨论的紧迫性道德和社会影响周围的基因工程的人类。许多的问题,比如是否应该用于治疗基因工程人类疾病或改变特征如美或情报,被要求以一种形式或另一个几十年。通过引入灵巧的和高效的基因编辑技术,尤其是CRISPR-Cas9,然而,这些问题不再是理论上的,和他们的答案非常真实的对医学和社会的影响。

早期的尝试纠正基因的错误

使用基因治疗疾病或编辑的想法改变特征至少可以追溯到1950年代和DNA双螺旋结构的发现。在二十世纪中叶基因发现的时代,研究人员意识到基地DNA的序列(大部分)忠实地从父母传递给后代,序列中的小改变就意味着健康和疾病之间的区别。承认后者导致了不可避免的猜想,在“分子识别错误”导致遗传性疾病会修复这些错误的方法,从而使疾病的预防或逆转。这一观念背后的基本思想基因治疗从1980年代被认为是分子遗传学的圣杯。

为基因治疗基因编辑技术的发展,然而,被证明是困难的。更早期的进步不关注纠正DNA遗传错误,而是试图减少他们的结果通过提供一个功能变异的副本基因插入到基因组或维护作为一个染色体外的单元(基因组外)。虽然这种方法是有效的在某些条件下,它是复杂的和有限的范围。

为了真正正确的遗传错误,研究人员需要能够创建一个在DNA双链断裂在所需的位置在超过三十亿个碱基对构成的人类基因组。一旦创建,双链可以有效地修复细胞使用一个模板,直接更换与“好”“坏”的顺序序列。但是,使初始打破在所需的位置和地方共聚基因组并不容易。

破坏DNA在所需的地方

CRISPR-Cas9出现之前,两种方法用于制造特定站点在DNA双链断裂:一个基于锌指核酸酶(ZFNs)和其他基于转录activator-like效应核酸酶(取得)。ZFNs是融合蛋白质由dna结合域的识别和结合特定3至four-base-pair-long序列。赋予特异性nine-base-pair目标序列,例如,需要三个ZFN域融合。所需的dna结合域的安排也融合序列,编码一个亚基的细菌核酸酶Fok1。促进双链减少在特定网站要求工程两种ZFN融合proteins-one绑定目标站点的两侧,在相反的DNA链。ZFNs都绑定时,Fok1子单元,在接近,相互结合形成一个活跃的二聚体,削减目标DNA链。

取得设计融合蛋白绑定到特定的DNA序列,旁边一个目标站点。而是利用锌指域,取得利用dna结合域从一群来自蛋白质植物病原体。因为技术原因取得更容易比ZFNs工程师,尤其是时间识别网站。类似于ZFNs,取得编码Fok1域融合改造的DNA区域,因此,一旦双方绑定目标站点,化学活性的Fok1核酸酶可以介绍DNA双链断裂在所需的位置。

不像ZFNs和取得,CRISPR-Cas9用途核糖核酸dna结合,而不是protein-DNA绑定,指导核酸酶活动,简化了设计,使应用范围广泛的目标序列。CRISPR-Cas9的适应性免疫系统中提取出来的细菌。的首字母缩写CRISPR是指c光泽r鲁西平原我nterspaced年代长的矮palindromicr隶属于,发现在大多数细菌基因组。短期复发的重复的序列之间显然来自细菌病原体的基因组。“老”间隔器被发现在集群的末端,和“新”间隔器,代表最近遇到病原体,附近发现的近端端集群。

转录CRISPR地区生产的结果小rna导向”,包括发夹结构的回文的重复序列派生的从间隔器,允许每个连接到相应的目标。的RNA DNA heteroduplex形成然后结合核酸酶称为Cas9并指导催化双链DNA的乳沟交界处附近的位置与目标相关的指南RNA序列和复发的重复。因为RNA DNA heteroduplexes是稳定的,因为专门设计一个RNA序列,结合独特的DNA序列只需要沃森克里克的知识目标碱基配对规则(腺嘌呤与胸腺嘧啶(或尿嘧啶核糖核酸)和胞嘧啶鸟嘌呤)结合,CRISPR-Cas9系统比使用ZFNs或取得所需的融合蛋白的设计。

进一步的技术进步是在2015年,小张和同事们报道Cpf-1的应用程序,而不是Cas9,核酸酶搭配CRISPR实现基因编辑。Cpf-1微生物核酸酶,在Cas9提供潜在优势,包括要求只有一个CRISPR指导RNA特异性和交错(而不是直言不讳)双链DNA削减。改变核酸酶的属性给潜在的更大控制替换插入DNA序列与Cas9比是可能的,至少在某些情况下。研究人员怀疑细菌房子其他蛋白质的基因编辑,进化多样性其中可能有价值的进一步细化基因编辑技术的精度和通用性。