基因工程技术和基因编辑技术

基因工程技术和基因编辑技术

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基因编辑什么意思基因编辑，又称基因组编辑或基因组工程，是一种新兴的比较精确的能对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术。基因编辑技术指能够让人类对目标基因进行定点“编辑”，实现对特定DNA片段的修饰。基因编辑依赖于经过基因工程改造的核酸酶，也称“分子剪刀”，在基因组中特定位置产生位点特异性双链断裂（DSB），诱导生物体通过非同源末端连接（NHEJ）或同源重组（HR）来修复DSB，因为这个修复过程容易出错，从而导致靶向突变。

基因编辑已经开始应用于基础理论研究和生产应用中，这些研究和应用，有助于生命科学的许多领域，从研究植物和动物的基因功能到人类的基因治疗。下面主要介绍基因编辑在动植物上的应用。

动物基因的靶向修饰基因编辑和牛体外胚胎培养等繁殖技术结合，允许使用合成的高度特异性的内切核酸酶直接在受精卵母细胞中进行基因组编辑。 CRISPR -Cas9进一步增加了基因编辑在动物基因靶向修饰的应用范围。CRISPR-Cas9允许通过细胞质直接注射（CDI）从而实现对哺乳动物受精卵多个靶标的一次性同时敲除（KO）。单细胞基因表达分析已经解决了人类发育的转录路线图，从中发现了关键候选基因用于功能研究。使用全基因组转录组学数据指导实验，基于CRISPR的基因组编辑工具使得干扰或删除关键基因以阐明其功能成为可能。植物基因的靶向修饰植物基因的靶向修饰是基因编辑应用最广泛的领域。首先可以通过修饰内源基因来帮助设计所需的植物性状。例如，可以通过基因编辑将重要的性状基因添加到主要农作物的特定位点，通过物理连接确保它们在育种过程中的共分离，这又称为“性状堆积”。其次，可以产生耐除草剂作物。比如，使用ZFN辅助的基因打靶，将两种除草剂抗性基因（烟草乙酰乳酸合成酶SuRA和SuRB）引入作物 。再次，可以用来防治各种病害如香蕉的条纹病毒。此外，基因编辑技术还被应用于改良农产品质量，比如改良豆油品质和增加马铃薯的储存潜力。

基因编辑技术较转基因技术相比的优势有哪些

基因编辑到底是什么？

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CRISPR/Cas基因编辑系统

CRISPR/Cas（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/Cas）系统是目前被广泛运用的基因编辑系统，其原理是由CRISPR转录产生的gRNA介导Cas核酸酶靶向目标序列，对序列进行切割。

CRISPR/Cas9基因编辑示意图

(图源：Wellcome Trust Sanger Institute,Sanger)

CRISPR/Cas基因敲除

CRISPR/Cas9系统中sgRNA(smallguideRNA)识别并结合目标基因的靶向序列，引导Cas9对结合位点进行剪切，产生DNA双链断裂（double-strandbreak,DSB），机体自身通过非同源重组（non-homologousendjoining，NHEJ）的方式修复DSB，参与修复的蛋白经常会在DNA末端插入或删除几个碱基，修复后的基因由于产生突变而导致功能丧失，从而实现机体内的基因敲除。应用：基因敲除细胞系建立、基因敲除建立动物疾病模型。技术优势：相较于在mRNA水平“敲低”目的基因的RNAi而言，CRISPR/Cas9系统造成基因序列的缺失，从而能完全沉默（即敲除）目的基因。

CRISPR/Cas基因敲入

CRISPR/Cas9系统中sgRNA(smallguideRNA)识别并结合目标基因的靶向序列，引导Cas9对结合位点进行剪切，产生DNA双链断裂（double-strandbreak,DSB），通过细胞内的同源重组（homologousrecombination，HR）修复方式，将外源供体DNA定点导入至基因组的靶位点中，从而实现基因敲入。应用：基因片段敲入细胞系建立、基因单碱基突变细胞系建立、基因敲入建立动物疾病模型。技术优势：操作简易、效率高、具有广谱性且提供BSL-1和BSL-2病毒注射及实验操作平台。

CRISPR/dCas9调控内源基因的转录激活与抑制

CRISPR-dCas9系统即是dCas9与转录激活因子（如VP64）或转录抑制因子（如KRAB）融合后，结合sgRNA能促进或抑制目的基因的表达。应用：目的基因在内源环境中过表达、诱导iPSC、抑制表达等。技术优势：操作简易、效率高、具有广谱性且提供BSL-1和BSL-2病毒注射及实验操作平台，同时可与RNAi联合作用。

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两位女科学家获诺贝尔化学奖，基因编辑是一种怎样的技术？

10月7日，2020年，诺贝尔化学奖在瑞典正式揭晓。法国科学家埃玛纽埃勒·沙尔庞捷（Emmanuelle Charpentier）和美国科学家珍妮弗·安妮·道德纳（Jennifer A. Doudna）一起荣获了这一奖项，原因是她们证明了CRISPR-Cas9基因剪刀的准确和有效性。

当地时间10月7日，法国科学家埃玛纽埃勒·沙尔庞捷和美国科学家珍妮弗·安妮·道德纳获得诺贝尔化学奖。获奖理由是，她们开发了一种基因组编辑的方法，证明了基因修饰方法的有用性，说明基因剪刀CRISPR-Cas9对医学、生物制造等方面有着不一般的效果。这两位科学家均是女性，沙尔庞捷于1968年出生，道德纳于1964年出生。

所谓基因编辑技术，是指一种新兴的、能对生物体基因组特定的目标基因进行修饰的基因工程技术。今年诺贝尔化学奖得奖人就是因为证明了基因编辑技术的有效性才获此殊荣。很多细菌在其细胞里有一种免疫系统叫做“CRISPR-Cas”，它可以使细菌侦测到病毒DNA并消灭它。在CRISPR-Cas系统中，有一种叫做CRISPR-Cas9的蛋白质，她们证明了CRISPR-Cas9基因剪刀的准确性，可以有效寻找并消除病毒对生物体的影响。

基因编辑技术在基因工程中显示出了巨大的潜力，因为它可以高效率地进行定点基因组编辑拼接，有效应用于生命科学的很多领域。例如2019年8月，美国科学家借助该技术制造出了第一种经过基因编辑的爬行动物——一种白色小蜥蜴。此外，利用这种技术可以有针对性地解决白化病患者的视力问题。

亲爱的读者朋友们，你们对基因编辑技术有哪些了解呢？