眾所周知，目前人類許多疾病源于基因缺陷，且罕有甚至沒有相關(guān)藥物治療。而所謂基因編輯技術(shù)，是指對DNA核苷酸序列進行刪除和插入等操作，使人們可以依照自己的意愿改寫基因。舉例來說，基因編輯可以通過改變?nèi)祟惻咛サ幕?，修?fù)其中的致病部分，并且這一“優(yōu)質(zhì)基因”可以得到遺傳。

值得注意的是，基因編輯在基因治療、基礎(chǔ)研究、藥物制備、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護、頻危動物救助等方面均有著非常廣泛的應(yīng)用。目前，基因編輯技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用主要包括科研、制藥和動植物產(chǎn)品生產(chǎn)等幾大領(lǐng)域，發(fā)展前景相當廣闊。

目前基因編輯的技術(shù)主要有：

第一個使用定制DNA核酸內(nèi)切酶的基因組編輯策略就是鋅指核酸酶（zinc-finger nucleases，簡稱ZFN）。

鋅指蛋白是轉(zhuǎn)錄因子；每個指模塊識別3-4個堿基的序列，將這些模塊混合搭配，研究人員或多或少能靶定他們希望的任何序列。Sigma-Aldrich公司將ZFN技術(shù)商業(yè)化，推出CompoZr ZFN試劑平臺。

ZFN是異源二聚體，其中每個亞基含有一個鋅指結(jié)構(gòu)域和一個FokI核酸內(nèi)切酶結(jié)構(gòu)域。FokI結(jié)構(gòu)域必須二聚化才有活性，確保必須存在兩個相鄰的DNA結(jié)合事件才能實現(xiàn)雙鏈斷裂，從而增加了目標特異性。

切割事件使得大部分基因組編輯技術(shù)得以實現(xiàn)。在雙鏈斷裂后，細胞試圖修復(fù)它。最簡單的方法是非同源末端接合（NHEJ），其中細胞基本上磨平斷裂DNA的兩端，再將其彼此拉近，這往往產(chǎn)生移碼。另一種方法是同源定向修復(fù)（HDR）。細胞試圖利用另一條染色體上對應(yīng)的DNA序列作為模板來修復(fù)斷裂。通過提供自己的模板，用戶可促使系統(tǒng)在不經(jīng)意間插入所需的序列。

盡管鋅指核酸酶還不錯，但它們制作起來比較貴，也比較繁瑣，故研究人員一般都是從Sigma訂購。之后，一種相似但更為靈活的系統(tǒng)出現(xiàn)了。

轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶（TALEN）是二聚的轉(zhuǎn)錄因子/核酸酶，由33至35個氨基酸模塊構(gòu)成，其中每個靶定單個核苷酸。通過組裝這些模塊，研究人員可靶定他們想要的任何序列。

梅約醫(yī)學中心的Stephen Ekker將以50年代的晶體管和真空管來比喻TALEN和ZFN： 

“通過真空管，你可以在原理上設(shè)計，但它非常困難；而晶體管讓事情變得更容易。同樣地，ZFN提供了基因組編輯技術(shù)的理論基礎(chǔ)，但TALEN做了ZFN的大部分工作，且更便宜、更快、更好?！?/p>

基因組編輯上的新生力量是所謂的CRISPR/Cas系統(tǒng)。

CRISPR/Cas9到底是一項什么技術(shù)，為何能夠獲得如此這般青睞，又何以在短短兩三年時間內(nèi)，發(fā)展成為生物學領(lǐng)域最炙手可熱的研究工具之一，并有近700篇相關(guān)論文發(fā)表？它將來又會如何影響到我們的生活？

科學家Jennifer Doudna 和Emmanuelle Charpentier因發(fā)現(xiàn)CRISPR-Cas9系統(tǒng)獲得了2015年“生命科學突破獎”，該獎項被喻為“豪華版諾貝爾獎”。CRISPR/Cas9是繼“鋅指核酸內(nèi)切酶（ZFN）”、“類轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物核酸酶（TALEN）”之后出現(xiàn)的第三代“基因組定點編輯技術(shù)”。

與前兩代技術(shù)相比，其成本低、制作簡便、快捷高效的優(yōu)點，讓它迅速風靡于世界各地的實驗室，成為科研、醫(yī)療等領(lǐng)域的有效工具。

今年5月，加州大學伯克利分校的科學家們開發(fā)出了一種更快、更有效的方法采用CRISPR-Cas9來改造小鼠基因，由于這一新的基因編輯工具易于使用，簡化了一個越來越受到歡迎的研究程序。

在最新的研究中，加州大學伯克利分校的研究人員發(fā)現(xiàn)，一種叫做電穿孔（electroporation）的簡單實驗室技術(shù)可以更好地起作用，使得她們能夠以近100%的成功率將CRISPR-Cas9基因編輯分子插入到胚胎中。

在一項預(yù)實驗中利用CRISPR-EZ，研究小組成功破壞了88%小鼠中兩個拷貝的靶基因。由于顯著提高了胚胎存活力，相比于CRISPR顯微注射，這一程序構(gòu)建出了更大數(shù)量的基因編輯小鼠。領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是加州大學伯克利分校分子與細胞生物學副教授何琳說，CRISPR-EZ是一種簡單且節(jié)約成本的方法，同時可對多個胚胎實施操作，只需要幾毫秒的時間。

來自河北科技大學的韓春雨副教授，他的團隊發(fā)明了一種適合在人類細胞中進行基因組編輯的新技術(shù)：NgAgo-gDNA（Natronobacterium gregoryi Argonaute-gDNA）。

這是以DNA為介導(dǎo)、適合在人體細胞中進行基因組編輯的核酸內(nèi)切酶NgAgo，利用NgAgo核酸內(nèi)切酶實現(xiàn)以DNA引導(dǎo)的基因組編輯功能。

與最時興的CRISPR-Cas9技術(shù)相比，NgAgo-gDNA技術(shù)有哪些優(yōu)勢呢？

1、NgAgo的向?qū)Ш怂崾荄NA而非RNA，因此避免了RNA易于形成復(fù)雜的二級結(jié)構(gòu)而帶來的失效或者脫靶效應(yīng)；

2、NgAgo核算內(nèi)切酶需結(jié)合有24個堿基的引導(dǎo)DNA（gDNA），而Cas9則需要19個堿基的gRNA，理論上NgAgo精確性要比Cas9提高1024倍；

3、NgAgo–gDNA系統(tǒng)對向?qū)蛄校╣DNA）-靶序列錯配的容忍度很低。gDNA上任何一個堿基的變換都會降低核酸內(nèi)切酶NgAgo的切割效率，因此NgAgo系統(tǒng)比Cas9系統(tǒng)效率更高；

4、NgAgo的向?qū)NA（gDNA）需要5’端磷酸化的單鏈DNA (5p-ssDNA)，這種形式的DNA在哺乳動物細胞中幾乎不存在，這保證了NgAgo不會被內(nèi)源的DNA序列錯誤地帶到不該去的地方；

5、由于5p-ssDNA是外源轉(zhuǎn)化進細胞的，其時間和濃度可以非常精確地控制。而Cas9系統(tǒng)的gRNA是內(nèi)源表達的質(zhì)粒，所以難以精確地控制；

6、Argonautes在進化過程中是保守的，存在于幾乎所有生物體中，而Cas9只存在于原核生物中；

7、Argonaute不要求靶序列上存在特異的序列，而Cas9只可以切割下游含有特異序列（PAM序列）的靶序列；

8、當核酸酶Argonaute與向?qū)蛄校╣DNA）結(jié)合時，它們可以影響彼此的生化特性，并作為一個整體起作用。

 NgAgo的脫靶率更低，短介導(dǎo)DNA的準確性和識別長度均有了重大突破，實現(xiàn)了對基因組的任意位置進行切割，將基因編輯的可能性推入了更廣泛的境地。

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