基因編輯具體怎麼操作的呢?

時間 2022-01-03 12:41:09

1樓:源井生物

以下是基因編輯細胞的操作:通過病毒法,化學轉染法或電轉法將gRNA和Cas9轉入細胞中,根據轉染方法不同進行不同時長的藥篩,藥篩完成後挑菜單轉殖培養。選擇不同的轉殖分別進行靶位點擴增及測序驗證,篩選出基因敲除的陽性轉殖。

2樓:徐相傑

基因編輯其實就是兩點:一切,二修復。切,在早期基因編輯中是利用基因組不穩定隨機斷裂,此中方法效率低,最近用核酸酶切割胞內某段基因組,前幾年的talen,最近的Crispr ,本質都是一種核酸酶。

修復的話,主要就是斷裂的基因組細胞會把它修復,修復中可能會修復錯了,可能修復對了,修復錯的時候就會導致基因組的序列發生變化,進而實現基因編輯。瀉藥。

3樓:小鬼星雲

基因編輯意味著能夠人為改造遺傳物質,特別是對特定片段的敲除、加入等,與基因工程有一些類似之處。當前,最搶眼的基因編輯技術就是CRISPR/Cas9了,CRISPR就是clustered regularly interspaced short palindromic repeats,即成簇規律性間隔重複序列。

CRISPR是由短的(大概20~50鹼基對(bp)左右)DNA重複序列形成的斷續結構組成的,這部分存在回文(回文指的就是12321,2378732,AGTTCCTTTCCTTGA這樣的結構,進化上形成高度回文的序列,可作為一種保護基因免遭遺傳漂變和突變轟炸的策略,在人類的Y染色體上就發現了9個大規模(可長達百萬pb)回文結構)排布,重複序列之間被25~70鹼基對左右的非重複序列隔開。重複的部分和間隔的部分分別稱為重複序列(repeats)和間隔序列(spacer),此外參與CRISPR構成的還有乙個具有類似啟動子的前導(leader)序列。CRISPR-Cas系統存在於至少40%的細菌和90%的古生菌中,是細菌用以記憶、識別和抵抗噬菌體的系統。

而正是它能夠修改遺傳物質,進而將病毒基因從自己的基因組內踢出的能力引起了注意。Cas就是CRISPR-associated sequence即CRISPR關聯序列,它是由好幾個與CRISPR相關的基因組成的序列。

不過,CRISPR/Cas9並不是唯一的基因編輯技術。在此之前還出現過鋅指核酸酶(zinc-finger nucleases)和轉錄啟用因子樣效應核酸酶(transcription activator-like effector nucleases)等,這兩種基因編輯技術,題主可自行了解,這裡就只介紹CRISPR/Cas(9)系統(技術)了。

CRISPR/Cas系統最初是日本人在研究一種E.coli蛋白的時候發現的,2023年才被Jansen命名。它有I,II,III三種型別,型別I廣泛分布,在Cas3(一種核酸酶)的參與下降解外源DNA;型別II只在細菌中發現,由Cas9(也是核酸酶)參與,型別III還分A,B兩種亞型,比較複雜,它們則似乎是古生菌特有的。

在它們當中,Cas9最容易技術化(因為它單獨行動,無需跟其他核酸酶合作),所以就有了CRISPR/Cas9技術(當然,還是經過了改造以後才得來的)。

細菌在識別外源序列(如何識別,細菌當然自有策略)以後,Cas蛋白就會出動。Cas9蛋白質的身上有兩個部分(Ruv和HNH),相當於「剪刀」,被用來切割DNA(當然是先與之結合,把自己固定在目標DNA上,再大刀闊斧地進行切割),這兩個部分分別負責一條鏈(這種快速而簡單的切割方式,正是它受到青睞的原因),即便因為這兩個部分發生突變失去切割能力(這樣的Cas9就叫做dead Cas9簡稱dCas9),Cas9依然可以在sgRNA介導之下,通過與靶基因結合,阻斷它的轉錄或者乾脆使之無法轉錄。如果覺得不夠直觀,可以見下圖。

其他Cas蛋白複合物會負責割取目標DNA的一些小段,作為間隔序列插入到自己的CRISPR部分,就實現了對外源DNA的記憶,但又不至於受到損害。如果同類噬菌體再度入侵,相應的CRISPR序列迅速轉錄生成pre-crRNA(即crRNA前體),Cas複合體與另外一種RNA(tracrRNA)作用剪下這個前體,生成crRNA,(是不是與hnRNA最終被剪下成mRNA有異曲同工之妙?)crRNA與前兩者形成複合體,就可以識別和剪下與crRNA互補的位點。

(在細胞中,其實一部分機制與此類似的阻礙(調節)蛋白質合成的DISC即RNA誘導沉默複合體,也能幫助免疫系統相對脆弱的昆蟲和植物抵抗病毒。)

那麼實驗人員是怎麼改造Cas9的呢?其實介紹了細菌體內CRISPR/Cas9的功能,它的技術改造就很好說了。上面提到crRNA在形成後與tracrRNA與Cas9形成三聚複合體。

但是事先,tracrRNA和crRNA會結合成二聚體。然而在細胞裡,需要稍作改變。我們必須設計一種sgRNA代替這種二聚體,與Cas9形成另外一種二聚體。

這種sgRNA是從宿主細胞的意義上來說的,以為它必須與靶基因匹配,才能使Cas9順利行使切割功能。然後,還需要乙個用來定位的裝置,那就是核定位訊號。無需準備修復策略,因為細胞本身自有辦法。

(詳細的技術機制,我有時間再寫。)

但是由於這是一項新興技術,所以它還存在諸多缺陷,包括無法避免因種間差異而引發的效率挫傷,脫靶之類,所以還需更多改進。

當然,在這篇回答裡我可能講得還不是很清楚。你可以看一看我寫的一篇文章:

杜瑾鴻:核酸的剪刀——CRISPR/Cas

參看文獻:

Ishino, Y., Shinagawa, H., Makino, K.

, et al. (1987) Nucleotide sequence of the iap gene, responsible for alkaline phosphatase isozyme conversion in Escherichia coli, and identification of the gene product. Journal of Bacteriology,169, 5429-5433.

Jansen, R., Embden, J.D.

, Gaastra, W., et al. (2002).

Identification of genes that are associated with DNA repeats in prokaryotes. Molecular Microbiology, 43, 1565-1575

Wei, C.X., Liu, J.

Y., Yu, Z.S.

, et al. (2013) TALEN or Cas9-rapid, efficient and specific choices for genome modifica[1]tions. Journal of Genetics and Genomics, 40, 281-289

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