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Crispr基因编辑解释说:它是什么?它是如何工作的?

2019-09-01 06:21:40 来源:becauseofyou 微信号:becauseofyou 1

我们正处于一场基因编辑革命之中。

40年来,科学家们一直在修补我们的基因。自20世纪70年代以来,他们通过实验打开和关闭它们,揭示它们的功能;绘制它们在我们基因组中的位置;甚至在动物、植物和人类中插入或删除它们。

2018年11月,一位中国科学家声称创造了世界上第一个基因。被修饰过的人类。

虽然科学家们在理解人类遗传学方面取得了巨大进展,但编辑我们的基因仍然是一个复杂的过程,需要不精确、昂贵的技术、多年的专业知识和一点点运气。”2012年,两位科学家开发了一种新的工具修改基因,重塑基因编辑的整个领域:crispr。Crispr通常被称为“一把分子剪刀”,被广泛认为是最精确、最经济有效和最快速的基因编辑方法。它的潜在应用是深远的,影响到保护、农业、药物开发以及我们如何对抗遗传疾病。它甚至可以改变一个物种的整个基因库。

Crispr的研究领域仍然非常年轻,但是我们已经看到它可能被用来对抗艾滋病毒感染,对抗入侵物种和破坏抗抗生素细菌。然而,仍有许多未知数,包括crispr可能对DNA造成多大的损害,导致诸如癌症之类的病状的发生。在基因工程中,如此巨大的飞跃充满了复杂的问题,这些问题涉及科学、伦理学、我们如何进行研究以及人类的未来,通常是哲学上的大问题。谢夫。随着两个人类胚胎被Crispr改性并携带至足月的确认,这些问题已经得到了尖锐的关注。基因编辑的未来似乎一夜之间就要到来了,但Crispr到底是什么?对于这样一个强大的工具,人们最关心的是什么?

让我们把一切都打破吧。

Crispr有潜力被用来编辑人类胚胎来创造“设计婴儿”。

很少有人预测Crispr在30年前的发现对基因编辑有多重要。

早在1987年,大阪大学的研究人员就在研究埃舍尔的功能Ichia coli基因首先注意到一组短的、重复的DNA序列,但他们不理解其意义。

6年后,另一位微生物学家Francisco Mojica注意到了一种不同的单细胞生物,即地中海氟化物中的序列。这些序列一直出现在其他微生物中,在2002年,这些不寻常的DNA结构被命名为:簇状规则间隔的短回文重复序列。

crispr

更深入地研究这些序列,发现crispr是细菌“免疫系统”的一个组成部分,异源异源异源异源异源异源。让他们击退入侵的病毒。当病毒进入细菌时,它通过切断病毒的DNA进行反击。这会杀死病毒,细菌会存储一些剩余的DNA。

剩余的DNA就像指纹,存储在Crispr数据库中。如果再次入侵,细菌会产生一种叫做CAS9的酶,就像指纹扫描仪一样。CAS9使用CRISPR数据库将存储的指纹与新入侵者的指纹进行匹配。如果能找到匹配,CAS9就能够切掉入侵的DNA。

自然经常为技术进步提供很好的模板。例如,一辆日本子弹头列车的鼻子是模仿翠鸟的喙的,因为翠鸟的喙是经过进化专门“设计”的,当翠鸟潜入溪流捕鱼时,它能将噪音降到最低。

以类似的方式,Crispr/Cas9有效定位特定基因序列的能力,以及D剪断了它们,激发了一个科学家团队,询问是否可以将这种能力模仿成其他用途。

答案将永远改变基因编辑方式。

2012年,加州大学伯克利分校的先驱科学家詹妮弗·杜DNA和瑞典乌梅大学的艾曼纽·查彭蒂尔表明Crisper可以被劫持和改装。从本质上讲,他们已经将Crispr从细菌防御机制转变为绑在一把分子剪刀上的DNA追踪导弹。他们改进的CRISPR系统工作得非常好,可以找到并切割他们选择的任何基因。

CRISPR-CAS9基因编辑复合体的一个例子。CAS9核酸酶蛋白(白色和绿色)使用一个引导RNA(红色)序列在互补位置切割DNA(蓝色)。@几个研究小组对最初的工作进行了跟踪,表明这一过程在酵母、培养的小鼠和人类细胞中是可能的。

尽管其他基因编辑工具仍在使用中,Crispr由于其精确性和可靠性而提供了巨大的飞跃。它非常擅长寻找基因和精确切割。这使得基因可以很容易地被切断,但同时也提供了一个将新基因粘贴到缝隙中的机会。以前的基因编辑工具也可以做到这一点,但不能像Crispr那样轻松地做到这一点。

Crispr相对于其他基因编辑技术的另一个巨大优势是它的开销。虽然以前的技术可能需要花费500美元以上的实验室来编辑一个基因,但是Crispr试剂盒可以在100美元以下做同样的事情。

Crispr/CAS9系统已经被改造成可以在包括酵母、真菌、大米、烟草、斑马鱼、老鼠、狗、兔子、青蛙、猴等生物中编辑基因。是的,蚊子,当然还有人类,所以它的潜在应用是巨大的。对于研究科学家来说,crispr是一种工具,它可以更好、更快地修补基因,使他们能够在人类细胞系和老鼠模型中以更高的熟练度创建疾病模型。有了更好的模型,例如癌症,研究人员能够完全理解病理学及其发展,这可能会导致治疗方案的改进。

癌症治疗方案的一个特别的飞跃是T细胞的基因修饰,T细胞是一种白血球细胞,它对于治疗癌症至关重要。人体免疫系统。一项中国临床试验从患者身上提取T细胞,用CRISPR删除一种通常起到免疫系统制动作用的基因,然后将其重新导入患者体内,以对抗肺癌。这只是目前使用Crispr编辑的细胞与特定类型的癌症作斗争的众多试验中的一个。除了癌症,Crispr还有潜力治疗由单个基因突变引起的疾病,如镰状细胞贫血或杜氏肌营养不良。纠正一个有缺陷的基因被称为基因治疗,而CRISPR可能是最有效的方法。利用小鼠模型,研究人员已经证明了这种疗法的有效性,但是使用crispr的人类基因疗法仍然没有经过测试。

蚊子将被使用crispr基因驱动器作为目标,这可能会导致携带疟疾的物种灭绝。

然后还有crispr基因驱动器,W。它使用crispr来保证遗传特性会从父母传给后代——本质上是重写遗传规则。保证某些基因会在人群中传播,这为解决疟疾等蚊媒疾病提供了前所未有的机会,使科学家能够在实验室中创造出不孕的蚊子,并将它们放生到野外,使种群崩溃,甚至使一个物种灭绝。.cnet在2019年2月发布了一份关于他们的建议用途和道德问题的广泛报告,Crispr的潜在利益并未就此结束。该工具开辟了创造抗菌剂的新途径,以抗击不断上升的抗生素耐药性,有针对性地操纵小麦等农作物,使它们更坚韧或更有营养,而且,潜在地,有能力逐个基因地设计人类。

crispr可能是最早的药物。ISE切割DNA的方法我们还没有发现,但它并不总是完美的。

CRISPR在人类有效工作的主要障碍之一是“目标外效应”的风险。当CRISPR被任务去寻找一个基因时,它有时会发现与其目标非常相似的基因,然后切割也就是说,一次意外的切割可能会导致其他基因的突变,导致诸如癌症之类的疾病,或者它可能根本没有作用——但考虑到安全性这一主要问题,科学家们需要确保crispr只作用于它要影响的基因。这项工作已经开始,几个研究小组已经对crispr/cas9进行了修补,以提高其特异性。

迄今为止,人类的crispr工作仅限于那些不将基因组传递给下一代的细胞。但是基因编辑也可以用来编辑胚胎,从而改变人类的基因库。2015年,一个由Crispr科学家组成的专家小组建议,在就安全、有效性、监管和社会问题达成共识之前,这种被称为“种系编辑”的编辑是不负责任的。

这个特殊的未来可能还有很长的路要走,但是人类基因组编辑的时代已经开始了。”2018年11月25日,中国科学家何建奎说,他创造了世界上第一个Crisper婴儿。通过使用crispr,他能够删除一个被称为ccr5的基因。经过修饰的胚胎导致了一对双胞胎女孩的诞生,这两个女孩的名字是露露和娜娜。科学界广泛谴责这项研究,批评他缺乏透明度,并询问这两个女孩是否有未满足的医疗需求来接受这样的修饰。在这项研究之后,几位参与Crispr创建的知名研究人员甚至建议全球暂停使用该工具进行种系编辑。

很少有人会说,他所做的工作强调了在工作中需要更严格的监管控制和对临床试验的有效监督。胚胎被编辑。尽管他坚持自己的实验是通过使双胞胎女孩抗艾滋病来改善她们的健康,但实验被认为是鲁莽的、道德错误的,潜在的后果被忽视了。最近的研究表明,他在CCR5基因中造成的缺失可能会影响大脑的活动,在一项对小鼠的研究表明,阻断CC5可以提高认知能力和从中风中恢复过来之后。

2019年1月,中国政府说他既违法又不道德,将面临严重的脑损伤。银。他后来被大学开除了。

Jiankui他声称自己创造了世界上第一个基因编辑的婴儿。

2018年11月,最近的人类基因组编辑国际首脑会议和2015年一样得出结论,“临床P的科学理解和技术要求实践仍然是不确定的,风险也太大,不允许在当时进行种系编辑的临床试验。”

他尚未发表的工作,预示着第一次临床试验和转基因人类的诞生,这意味着,无论是否有意,这是一个新的时代。Crispr已经开始了。

随着革命的推进,最大的挑战将继续是对技术的有效监督和管理,科学必须克服的技术障碍,以确保它是精确和安全的,以及管理修补年代的社会更大问题。凝灰岩使我们得以生存下去。——随着科学家们不断改进其特异性,并将其转向无数遗传疾病,Crispr继续成为头条新闻。2月4日,加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的研究人员,包括Crispr的先驱詹妮弗·杜达(Jennifer Douda),发现了另一种酶CASx,可以用来编辑基因来代替CAS9。

科学家们在一种通常不存在于人类体内的地栖细菌中鉴定出了CASx,这意味着我们的免疫系统不太可能。伊利反抗它。因为它比CAS9更小,而且潜在的更具体,它能夹着更大的成功基因和更少的负面影响的机会。@ 2月18日,UC旧金山的科学家们发现他们使用CRISPR使干细胞“无形”到免疫系统。干细胞能够成熟成任何组织的成体细胞,因此它们被认为是修复受损器官的一种方法。然而,免疫系统通常试图消灭任何外来入侵者,干细胞就是这样。Crispr使干细胞能够逃避免疫系统,从而能够在治疗中发挥作用。

仅仅一天后,索尔克生物科学研究所的研究人员在《自然医学》上发表了他们对Hutchinson Gilford Progeria(一种与Ra相关的疾病)的Crispr治疗的发现。PID老化。这种疾病是由一种基因突变引起的,这种突变导致异常蛋白质的积累,最终导致细胞过早死亡。在小鼠模型中,单剂量CRISPR/CAS9可抑制该病,为进一步探索CRISPR的治疗潜力铺平了道路。

Crispr研究正以快速的速度发展,很难跟上。在短短的七年时间里,Crispr从细菌的进化适应变成了基因编辑工具,创造了第一个转基因人类。我们已经看到Crispr改变了分子生物学的整个领域,这种影响已经波及了整个生物学和医学领域。

First Published,2019年1月23日。更新,2月28日,凌晨5点,pt:添加了最新的进展部分

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