CRISPR-Cas9系統是基於原核生物適應性免疫機製改造的基因編輯技藝。其包含兩個模塊,一是識別特異DNA序列的gRNA及其骨架,二是結合和編輯DNA的蛋白質Cas9。自被發明以來,該技藝快速擴展,目前CRISPR-Cas9及其變體已經被廣泛應用於活細胞內核酸的編輯、檢測、標記、成像等各個範圍。由於其在不同物種中所參考出的高效易用的特點,該技藝已經革新了基礎生命科學和生物醫學的研究方式。該技藝的發明人也被授予了2020年諾貝爾化學獎。如今CRISPR-Cas系統仍在蓬勃擴展,無論在基礎科學研究範圍還是在基因治療、細胞治療等臨床應用範圍都具有廣泛的前景和深厚的潛力。
漢恒生物所有的敲除單克隆都通過構建T載體進行測序驗證,清晰看出DNA序列的詳細變化,確保敲除性狀穩定不恢復。
CRISPR/Cas 系統全稱為常間回文重復序列叢集/常間回文重復序列叢集關聯蛋白系統(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated proteins)。這一系統是源於細菌中的一種後天免疫系統(圖1)。該系統可以把侵入細菌的噬菌體遺傳物質整合到自身基因組一個或者多個CRISPR位點作為永久的“記憶”,當細菌被再次入侵的時候,CRISPR 位點被轉錄生成 CRISPR RNAs(crRNAs)。crRNA 隨後會引導 DNA剪切酶 Cas9 根據序列互補的原則剪切入侵的外源核酸序列,消滅外來遺傳物質,發揮保護性能(圖2)。簡而言之,源於 CRISPR/Cas 系統的基因組編輯技藝被工程化為一段介導定位作用的 RNA 序列(guide RNA和crRNA合二為一的雜合RNA序列,稱為sgRNA)加上一個DNA水解酶Cas9組成的二元系統。
研究者把這一系統工程化成可以用於編輯哺乳動物細胞的CRISPR/Cas9系統。詳細包括適於哺乳動物表達的 Cas9 基因和定位作用的 sgRNA(圖3)。方便起見,研究者把這兩者放在了一個載體之中(all in one plasmid)。如果計劃利用這一系統編輯某個目的基因,我們唯一要做的就是定製一條有效的sgRNA。
圖1 CRISPR/Cas 系統來源於細菌的“免疫系統”
圖2 細菌利用 CRISPR/Cas 系統攻擊噬菌體入侵示意圖
圖3 工程化的 CRISPR/Cas 系統。該系統是個二元系統:負責切割的 Cas9 核酸酶和定位用的 guide RNA (sgRNA)
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