基因编辑CRISPR,原理是简单的,技术

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卷爸老是听人说起基因编辑,用的工具是CRISPR。

CRISPR是ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRepeats的简称,本意是“成簇的,规律间隔的,短回文重复序列”。现在很多简称,新一代都是喜欢用缩略词,懒得说明。

比如CEO,现在没有人费劲去说全称“首席执行官”了,还有HR,也没人去说“人力资源”,这些英文缩写已经是常用词了。就连yyds,也不用解释说“永远的神,永远单身”之类的。大家都是在一个语境下说话,如果你不懂,只能说明你开始out了。

上面提到回文序列,卷爸就想起中学语文课本里有篇文章,好像是伏契克《绞刑架下的报告》的节选,写一个牢房,其中一段文字,”从门到窗子是七步,从窗子到门是七步”,当时老师说这是回文的修饰手法。卷爸就记住了。后来卷爸接触到更好的回文,是“客上天然居,居然天上客”。联想到家居建材市场商,陈宝国做的“居然之家”的广告,感觉这个品牌的老板还是很懂回文的。

其实卷爸很小的时候,好多小学同学都说一句好玩的正反话,“清晨我上马”——“马上我成亲(谐音,晨清)”。也是回文序列。

卷爸研究生念的是遗传学,经典的大部头《分子克隆》里面就时不时的会冒出限制性内切酶、外切酶的字眼来。就是一种工具酶,也可以理解成分子剪刀。

这种分子剪刀在上世纪70年代就被科学家发现了。病毒入侵细菌,是要把自己的DNA整合到细菌的基因组里面去,利用细菌的不断复制,实现自身的繁衍扩增。但是细菌不乐意,它就用分子剪刀(称为“限制性内切酶”)把入侵的病毒DNA剪断,一旦剪断,病毒也就嗝屁了,细菌就实现了自我保护。

一个限制性内切酶往往只有一个固定的切口,也就是说,一种限制性内切酶只能识别一种DNA特征(即识别一个DNA小片段,通常称为“限制性内切酶识别位点”),就在此位点或邻近位点把DNA一刀两断。为了对付成千上万的不同病毒入侵者,不同细菌就需要预备成千上万种不同的分子剪刀。所以这类分子剪刀有很多种。早期科学家就用它们在试管中“裁剪”DNA,获取有益的DNA(基因)用于工业生产,或者对基因进行改造和改良,但基本都是针对特定位点的。

与传统的限制性内切酶相比,CRISPR技术的最重要的特点是它更灵活,相当于一个“可调的分子剪刀”。一把剪刀可以识别多个不同位点,并剪断DNA,因此可以当作成千上万种不同分子剪刀使用。

那这把“可调的分子剪刀”是如何做到的呢?原来,细菌在干掉一个病毒以后,会把它的DNA“捕获”一个片段,插入到自己的基因组(DNA)中归档,这样,下次再碰到同类病毒的入侵,细菌发现这个病毒的DNA已经存档,比对以后就可以迅速剪切销毁。这样,当细菌第二次受到同一个病毒感染时,就具备了对它的免疫力,称之为获得性免疫。像不像大家知道的疫苗的作用原理?

好了,细菌在碰到每一个新的病毒,都会捕获一个新的DNA片段插入自己的基因组中。所有的捕获自这些病原的DNA片段有序地排列在一起,并在不同的病原DNA之间再用一个小DNA片段隔开。看到这,大家想明白CRISPR的全称,那个成簇的,有规律间隔的,短回文序列了吗?这就已经形成了。

继续推断下去,一个细菌碰到过的入侵者越多,它的CRISPR的识别能力就越强大,细菌抵御病毒入侵的能力也就越强大。这个现象最早是年由一个西班牙科学家首先在嗜盐古细菌(Haloferaxmediterranei)的基因组中发现的。现在,科学家们已经在50%的细菌和80%的古细菌基因组中找到了CRISPR系统,说明这一有效机制被广泛应用于个体防护。

目前主要有三种基因编辑技术:1、人工核酸酶介导的锌指核酸酶技术(ZFN);2、转录激活因子样效应物核酸酶技术(TALEN);3、RNA引导的CRISPR-Cas核酸酶技术(CRISPR-Cas9)。好拗口呀,科学的术语总是这么高冷,其实是个美女,偏偏要板起脸来拒人千里之外。

卷爸想说的是,CRISPR-Cas9是继ZFN、TALEN之后出现的第三代“基因组定点编辑技术”,也是目前生命科学研究的热点,注定要改变世界的一个工具。

这个编辑工具的作用就是,通过操纵DNA来提供所需的基因或者让致病性的基因失去功能成为可能,当然首先要明确已知基因的功能。这项技术同样也可以用来探索未知的基因功能。与前两代技术相比,其成本低、制作简便、快捷高效的优点,让它迅速风靡全球的实验室。

基因编辑技术,是有专利的,是有很大商业价值的,应用前景是相当广泛的。所以前几年石家庄的韩春雨为此闹的笑话,也就成了过眼云烟。广州的贺建奎,也应该快出狱了吧。




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