高能生物课 - CRISPR技术是什么,能编辑人类DNA和RNA?

高能生物课 | CRISPR技术是什么,能编辑人类DNA和RNA?

首先,我们先复习两个熟悉而陌生的概念:

RNA:核糖核酸

DNA:脱氧核糖核酸

原核生物和真核生物的遗传物质是DNA,病毒的遗传物质是DNA或RNA。

好,去片。

RNA结构图

日前,麻省理工学院脑认知科学系博士张峰在《科学》在杂志发表的研究成果显示,其团队首次实现利用CRISPR进行RNA编辑。据悉,张峰及其团队发明了一种拼搏在线开奖信息 靶向作用于RNA而不是DNA的新型CRISPR系统,论文题为“C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector”。

CRISPR系统,为目前发现存在于大多数细菌与所有的古菌中的一种后天免疫系统,以消灭外来的质体或者噬菌体,并在自身基因组中留下外来基因片段作为“记忆”,全名为“常间回文重复序列丛集/常间回文重复序列丛集关联蛋白系统”。

具体来说,在生命进化历史上,病毒的扩散方式是把自己的基因寄生到细菌里,利用细菌的细胞工具来复制自己的基因(病毒没有细胞),而细菌为了降解外来入侵的病毒基因,进化出一个能够把病毒基因从自己的染色体上切除的CRISPR系统——这也是细菌特有的免疫。

CRISPR利用的突破:从DNA编辑到RNA编辑

从过去10年开始,科学家只能利用这个系统研发出进行DNA编辑的技术,典型的是依靠一个复合物,该复合物能在一段RNA(核糖核酸)指导下,定向寻找目标DNA序列,然后将该序列进行切除。简答来说,就是手动辅助细胞免疫,从而进行癌症治疗。

(公众号:)此前报道,科学家发明了CRISPR/Cas9基因编辑系统,即是通过对一种蛋白Cas9的复合物进行操作,来对多种目标细胞DNA进行切除

然而,张峰博士这次的技术突破使得CRISPR系统以RNA为靶向目标,而不再限于DNA切除免疫

这要从去年10月说起。

去年10月,一组来自麻省理工学院、麻省理工学院-哈佛博德研究所、美国国立卫生研究院(NIH)、罗格斯大学的科学家发现了C2c2酶。C2拼搏在线彩票网c2是一种由RNA介导,能定向降解RNA的酶。这种酶可以帮助细菌抵御病毒入侵,而且随着科学家的进一步研究发现,C2c2酶可以用来剪切细菌细胞中特定的RNA序列。

只以RNA为目标,这允许其高通量地精确操纵RNA。这有什么好处呢?我们都知道,病毒是一种没有细胞结构的最低级的生命体,最简单的病毒中心是核糖核酸(RNA)。而在植物病毒中,除少数例外(如花椰菜花叶病毒Caulif- lower mosaic virus),几乎都是RNA病毒。RNA病毒的遗传物质由核糖核酸(RNA)组成。

DNA是细胞身份与功能的基因组;RNA则是帮助实现这些基因组指令的角色。C2c2仅以RNA为靶向目标的特点,能对RNA实施更精准、更大规模的暂时性操控——可以理解为:擒贼先擒王。更加切中要害地调控基因功能,能够促进人类医学上的疾病认知、治疗和预防。

DNA编辑让细胞基因组发生永久性变化,但是这种基于CRISPR的RNA靶向方法可能允许科学家们让细胞基因组发生可根据需要进行上下调节的临时变化。

C2c2的应用前景

关于利用RNA及其衍生物进行基因表达干扰的技术已有先例,比如对同样参与糖核酸干扰的小分子RNA——siRNA的利用。而基于C2c2酶的RNA编辑将更具优势,应用也更加广泛,比如:

在特定的RNA序列上添加分子元件(modules),可以调节RNA的翻译功能。

RNA的翻译过程中,从DNA转录后,RNA被信使RNA(mRNA)为基础合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。所以这样一来,随便怎样都是对蛋白质表达的大规模干扰。

比如,也可以:

利用C2c2荧光标记RNA,追踪它们的运输。

当然,这只是举例,为的是说明当我们掌握更基础、精准的生物分子操控技术后,对上层的生命表达也有了更多施展的空间。

关于CRISPR系统的其他研究突破

本次科学家的新发现主要是专攻RNA的C2c2。而除了此前专攻DNA的CRISPR-Cas9,科学家还发现了有别于“CRISPR-Cas9”的另一条基因“剪切”之路,更有利于基因编辑后的修复。

今年4月底,哈尔滨工业大学正式对外发布,该校生命学院教授黄志伟及其团队首次揭示了CRISPR-Cpf1识别crRNA的复合物结构。

所谓“CRISPR-Cpf1”,是最新被人类发现的最高效的DNA编辑工具。人类知道DNA这个物质由来已久,但是无法控制用以优化。众所周知,人类疾病中的癌症、艾滋病或遗传疾病都可以在DNA中找到“答案”,而“CRISPR-Cpf1”就是破解“答案”的关键,只不过,过去人们一直无法掌握这个答案的作用机制。如今,“CRISPR-Cpf1”的运行机制被破译。

具体来说,工具“CRISPR-Cpf1”,它能够直接改造基因——就像文字编辑软件“修改文档”一样来“修正”基因,而不只是暴力切除。这意味着,人类以后可通过对基因进行手术来根治某些疾病。

这样发展下去,“美国队长”成真也不是没有可能的!

原创文章,未经授权禁止转载。详情见转载须知。

拼搏在线