基因編輯技術(shù)

1、精品文檔現(xiàn)代科技作業(yè)姓名：馬濤濤學(xué)號： 150310125專業(yè)：計算機系（一班）。1 歡迎下載精品文檔基因編輯技術(shù)一 簡介基因編輯技術(shù)指能夠讓人類對目標(biāo)基因進(jìn)行“編輯”，實現(xiàn)對特定DNA片段的敲除、加入等 。利用該技術(shù)， 可以精確地定位到基因組的某一位點上，在這位點上剪斷靶標(biāo)DNA 片段并插入新的基因片段。此過程既模擬了基因的自然突變，又修改并編輯了原有的基因組，真正達(dá)成了“編輯基因”。2 歡迎下載精品文檔二 原理現(xiàn)代基因組編輯技術(shù)的基本原理是相同的，即借助特異性DNA 雙鏈斷裂 ( DNAdouble-strand breaks DSB s)激活細(xì)胞天然的修復(fù)機制，包括非同源末端連接( NH

2、EJ) 和同源重組修復(fù) (HDR) 兩條途徑。非同源末端連接（NHEJ ）是一種低保真度的修復(fù)過程，斷裂的DNA 修復(fù)重連的過程中會發(fā)生堿基隨機的插入或丟失，造成移碼突變使基因失活, 實現(xiàn)目的基因敲除。如果一個外源性供體基因序列存在， NHEJ 機制會將其連入雙鏈斷裂 DSB 位點，從而實現(xiàn)定點的基因敲入。同源重組修復(fù)（HR） 是一種相對高保真度的修復(fù)過程，在一個帶有同源臂的重組供體存在的情況下， 供體中的外源目的基因會通過同源重組過程完整的整合到靶位點，不會出現(xiàn)隨機的堿基插入或丟失。 如果在一個基因兩側(cè)同時產(chǎn)生 DSB，在一個同源供體存在的情況下，可以進(jìn)行原基因的替換。3 歡迎下載精品文檔三

3、 基因編輯技術(shù)的種類目前主要有3種基因編輯技術(shù)，分別為：1.人工核酸酶介導(dǎo)的鋅指核酸酶(zinc- finger nucleases，ZFN)技術(shù)；2. 轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶 (transcription activator- like effector nucleases ， TALEN)技術(shù)；3. RNA 引導(dǎo)的 CRISPR- Cas 核酸酶技術(shù) (CRISPR- Cas RGNs) 。4 歡迎下載精品文檔四 基因編輯技術(shù)的應(yīng)用前景1. 基因功能研究基因敲除是在活體動物上驗證基因功能必不可少的邏輯環(huán)節(jié)，但是傳統(tǒng)的基因敲除方法需要通過復(fù)雜的打靶載體構(gòu)建、ES 細(xì)胞篩選、嵌合體動物模型

4、選育等一系列步驟，成功率受到多方面因素的限制。即使對于技術(shù)比較成熟的實驗室，利用傳統(tǒng)技術(shù)敲除大鼠或小鼠身上的某個基因一般也需要 1年以上。基因編輯新技術(shù)則不然，敲除基因高效快速，是研究基因功能的有力工具。ZFN技術(shù)已在大鼠、小鼠、斑馬魚、果蠅、擬南芥、玉米、煙草等模式生物或經(jīng)濟(jì)物種的細(xì)胞或胚胎中以及包括誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(inducedpluripotentstem cells ， iPSC) 在內(nèi)的人體外培養(yǎng)細(xì)胞系中成功地實現(xiàn)了內(nèi)源基因的定點突變，其中在果蠅、斑馬魚、大鼠等物種中還獲得了可以穩(wěn)定遺傳的突變體。2009年，威斯康辛醫(yī)學(xué)院、Sangamo Biosciences、 Sigma-Ald

5、rich等多家機構(gòu)使用 ZFN 技術(shù)，成功培育出首只靶基因敲除的大鼠，而且?guī)в性撏蛔兊拇笫笏暮蟠瑯訋в性摶蛲蛔儭?. 基因治療傳統(tǒng)的基因治療是將正常的基因片段引入細(xì)胞中替代有缺陷的基因，但這種方法難以精準(zhǔn)控制，可能產(chǎn)生很大的毒副作用?；蚓庉嬓录夹g(shù)可以精確定位，在靶位點進(jìn)行修正或進(jìn)行基因切除，達(dá)到基因治療的目的。Bacman等人利用 TALEN 技術(shù)清除了來自于病人線粒體內(nèi)的有病DNA。這是 TALEN 首次應(yīng)用于線粒體基因的編輯，這項研究有望用于治療母系遺傳的線粒體病。Li等人利用ZFN 技術(shù)能在染色體上精確定位的優(yōu)勢，通過 “剪切”和 “粘貼”基因，在實驗小鼠體內(nèi)實現(xiàn)了血友病治療

6、，避免了傳統(tǒng)基因療法帶來的插入誘變風(fēng)險，首次取得了基因組編輯在基因療法上的突破。3. 構(gòu)建模式動物根據(jù)人類疾病所構(gòu)建的動物模型，對研究這些疾病的發(fā)生及其治療有著重要意義。基因打靶技術(shù)是在ES 和同源重組技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，模型構(gòu)建耗時長、成本高， 且模式動物的選擇受到ES 細(xì)胞的限制?；蚓庉嬓录夹g(shù)不受ES 細(xì)胞的限制，效率高，速度快，且定點編輯更加精確，可在多種細(xì)胞及生物體的特定位點進(jìn)行切割和修飾。構(gòu)建轉(zhuǎn)基因小鼠第一人Jaenisch與其同事最近利用 CRISPR- Cas系統(tǒng)又構(gòu)建了攜帶特異性突變的小鼠模型。4. 改造和培育新品種傳統(tǒng)的改造動植物品種的轉(zhuǎn)基因技術(shù)是將外源DNA 片段插入

7、受體的基因組中，改造基因功能，使其表達(dá)優(yōu)良的性狀，獲得人類需要的品種?；蚓庉嫾夹g(shù)則可以進(jìn)行定點修飾，達(dá)到高效定向。Shukla等對玉米進(jìn)行肌醇磷酸激酶1(inositolphosphatekinase1，IPK1) 基因的修飾，使其對除草劑的耐性增強， 在發(fā)育的種子中肌醇磷酸鹽表達(dá)譜也發(fā)生了與預(yù)期一樣的改變。Townsend等以煙草中的丙酮醇合酶(acetolactate synthase)基因 SuR (SuRA 和 SuRB)位點為靶標(biāo)， 育成了對咪唑啉酮 (imidazolinone) 除草劑和對磺脲 (sulphonylurea) 除草劑都有抵抗力的新品種。5 歡迎下載精品文檔五 基

8、因編輯技術(shù)優(yōu)點與傳統(tǒng)的以同源重組和胚胎干細(xì)胞 (embryonic stem cell ，ES)技術(shù)為基礎(chǔ)的基因打靶技術(shù)相比， 基因編輯新技術(shù)保留了可定點修飾的特點， 可應(yīng)用到更多的物種上，效率更高，構(gòu)建時間更短，成本更低。6 歡迎下載精品文檔六 基因編輯技術(shù)缺點1. 技術(shù)難題基因編輯是一項新技術(shù)， 還存在構(gòu)建復(fù)雜和價格的問題， 其脫靶效應(yīng)限制了其在基因治療等應(yīng)用上的發(fā)展。2. 倫理爭議基因編輯技術(shù)其實面臨很大的政策與醫(yī)學(xué)倫理爭議， 尤其是對人類胚胎 DNA編輯，一經(jīng)亮相就登上各大頭條并引起廣泛關(guān)注。 相關(guān)研究的每次發(fā)布都能產(chǎn)生一石激起千層浪的強烈反響。繼去年中山大學(xué)黃軍教授在Proteina

9、nd Cells 上發(fā)表的第一篇關(guān)于人類胚胎基因編輯研究，廣州范勇博士團(tuán)隊于今年4 月份發(fā)表在 J Assist Reprod Genet 全球第二篇研究論文（運用人類胚胎基因編輯技術(shù)實現(xiàn)HIV 免疫） 。這兩次發(fā)表都引起了Nature 、Science 等國際頂級期刊的極大關(guān)注和激烈討論。出于一種對于改變?nèi)梭w基因組的后果的畏懼，倫理學(xué)界的一些人已經(jīng)呼吁對其全面禁止。那些支持謹(jǐn)慎地進(jìn)行基因編輯臨床應(yīng)用的人則強調(diào)這項技術(shù)治療罕見單基因疾病的潛力。爭論的結(jié)果是美國國家科學(xué)院為此專門召開了一次國際科學(xué)家峰會，峰會的共識是， 對人類胚胎的基因編輯可用于基礎(chǔ)研究，但禁止臨床應(yīng)用。鑒于科學(xué)的迅猛發(fā)展， 基因編輯很可能在2016 年繼續(xù)占據(jù)科學(xué)政策主流問題的地位。CRISPR需要有合適的運用場景，在技術(shù)層面