CRISPR

CRISPR,在全集群定期中间短回文的重复序列,短回文的重复序列DNA发现,在大多数细菌的基因组,打断了所谓的间隔元素,或spacers-sequences遗传密码来自以前遇到的细菌病原体的基因组。CRISPR元素在自然很多细菌和古生菌,他们提供一种遗传记忆,使细胞能够有效地检测并破坏病原体,特别是病毒被称为噬菌体。

自然防御系统

作为一种天然的适应性防御系统,CRISPR函数通过破坏核酸从病原体入侵细胞。的效果和效率CRISPR免疫间隔元素的存在直接联系。间隔元素基本上是识别病原体的基因组序列匹配的序列;作为定位器从新近遇到病原体被添加到细菌基因组,细胞获得重复遇到这些病原体的识别能力。大多数新垫片元素插入只有一端的CRISPR地区;因此,CRISPR长度的地区存在的病原体遇到了细胞和它的祖先。少,间隔器被添加在其他地方在这一过程被称为异位集成。

CRISPR系统的工作原理是生产小”指南核糖核酸”对应于特定DNA序列的目标。指导rna,通过生成的转录CRISPR地区,包括发卡的形成,来源于回文重复,与来自间隔序列元素。当引导rna结合DNA的目标,一个rna DNA heteroduplex就形成了。heteroduplex绑定到一个核酸酶叫CRISPR-associated (Cas)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。通过这种方式,核酸酶破坏入侵的致病基因。

CRISPR与多个ca蛋白作为防御反应的一部分,因此有不同的CRISPR-Cas防御系统。三大系统I型,II型和III型。我系统的类型是由Cas3蛋白的存在。Cas3一部分所谓的CRISPR-associated复杂抗病毒防御(或级联)——复杂,导游RNA结合,并识别目标序列的破坏。II型系统是基于一些蛋白质的存在,即Cas1 Cas2, Cas9,和,在某些情况下,Cas4。Cas9蛋白被认为是一个签名元素的II型系统,由于其至关重要的作用促进细胞适应新的病原体和参与RNA加工裂开目标DNA。签名的蛋白质类型III系统Cas10。类型III系统与它的两个对应的不同之处在于,除了针对DNA, RNA识别目标。

基因编辑的角色

的高序列特异性CRISPR系统引起重大领域的兴趣基因编辑。的功能精度CRISPR允许研究人员删除和插入基因组DNA在所需的位置,从而能够正确的动物遗传缺陷和修改在胚胎的DNA序列干细胞。这些类型的修改和序列改变可能因为RNA DNA heteroduplexes是稳定的,因为设计一个RNA序列,结合具体目标DNA序列仅仅是基于一个独特的沃森克里克碱基配对规则(腺嘌呤结合胸腺嘧啶(或尿嘧啶在RNA),胞嘧啶结合鸟嘌呤)。

使用CRISPR作为基因编辑的可能性技术被认为在2012年由美国科学家詹妮弗Doudna法国科学家Emmanuelle贝纳,和他的同事们。这些研究人员发现,引导rna由CRISPR结合核酸酶,然后目标特定的DNA序列,这样的rna可以修改绑定到所需的序列。研究人员发现,II型CRISPR-Cas9系统尤其多才多艺的纠正或改变期望的目标序列。Doudna和贝纳共享2020年诺贝尔奖在化学。

2015年美国科学家冯张先生和他的同事开发了一个新版本的CRISPR技术使用微生物核酸酶CRISPR普氏菌和弗朗西斯氏菌属1 (Cpf1) Cas9。与Cas9 Cpf1只需要单个CRISPR指导RNA特异性并介绍了交错(而不是直言不讳)削减双链DNA,在某些情况下可以提供更大控制目标DNA序列的修改。张先生和他的同事们随后开发了多个其他CRISPR基因编辑工具,包括CRISPR-Cas13系统,目标RNA。

CRISPR技术的应用

CRISPR基因编辑技术已经广泛的研究和医学应用。例如,在实验室里,CRISPR系统可以用来修改基因在细菌和动物和植物模型,使研究人员能够获得新的理解的影响基因改造。尽管先前存在的基因工程技术允许研究人员调查各种类型的基因修改和改变几十年来,CRISPR成本更低、更高效、更可靠。

此外,不同CRISPR-based疗法正在探索临床试验为治疗某些人类疾病。一些例子包括新颖的治疗方法糖尿病;为镰状细胞病;为癌症的血得很深组织,如多发性骨髓瘤,白血病,淋巴瘤;等慢性传染病艾滋病;在视觉和遗传损伤的一种形式被称为雷伯氏先天性黑内障。调查CRISPR-based疗法在人类帮助阐明DNA CRISPR酶引起的变化是如何影响细胞的人类免疫系统响应CRISPR-derived干预措施,在风险与不必要的非目标DNA的改变有关。

道德的考虑

可以轻松、准确地编辑使用CRISPR技术带来了显著的基因道德问题。特别是,CRISPR可以用来修改DNA序列在胚胎干细胞,如在细胞(精子和蛋)在人类基因组改造。批评人士指出,这种能力,应用到胚胎在子宫里,可以用来改善等品质情报、外观、和运动能力,可能引入人类DNA的永久性改变。这样的“设计婴儿”的产生引发了争论道德篡改的人类发展和道德谁能访问技术。世界上第一个gene-edited人类婴儿出生在中国在2018年底;婴儿,双胞胎女儿,一个编辑基因减少的风险艾滋病毒感染。

gene-edited出生后的婴儿,一些医学和生物伦理学的研究人员,包括贝纳呼吁暂停在编辑人基因在卵子,精子或胚胎。他们认为,因为仍有许多未知技术,科学家可能无意中引入尽可能多的基因错误尝试修复。然而,批评者认为CRISPR技术与巨大的潜力是一个了不起的成就,提高人类的健康,尽管在严格控制的条件下。