2024年中國基因編輯技術(shù)發(fā)展趨勢分析 CRISPR/Cas優(yōu)勢明顯【組圖】

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本文核心數(shù)據(jù)：ZFNs技術(shù);TALENs技術(shù);CRISPR-Cas技術(shù);基因編輯技術(shù)發(fā)展趨勢

——第一代基因編輯技術(shù)：ZFNs技術(shù)

ZFNs(鋅指核酸酶)技術(shù)是第一代基因組編輯技術(shù)，其功能的實(shí)現(xiàn)是基于具有獨(dú)特的DNA序列識(shí)別的鋅指蛋白(ZFP)發(fā)展起來的。ZFN是一種人工改造的核酸內(nèi)切酶，由兩部分組成，包括一個(gè)DNA結(jié)合域和一個(gè)非特異性核酸內(nèi)切酶。其工作原理是DNA結(jié)合域與特定DNA結(jié)構(gòu)結(jié)合，與之相連的非特異性核酸內(nèi)切酶隨之發(fā)揮剪切作用，在結(jié)合位點(diǎn)產(chǎn)生斷裂，促進(jìn)同源重組，提高定點(diǎn)突變和置換頻率。當(dāng)ZFN進(jìn)行DNA定點(diǎn)切割時(shí)，如果存在一個(gè)具有一定同源性DNA為模板，則可以根據(jù)模板復(fù)制實(shí)現(xiàn)DNA定點(diǎn)置換，當(dāng)不存在模板時(shí)，ZFN進(jìn)行基因組DNA定點(diǎn)剪切則產(chǎn)生非同源末端連接，引發(fā)基因定點(diǎn)突變。

——第二代基因編輯技術(shù)：TALENs技術(shù)

TALENs(轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物)是繼ZFNs之后的另一種較為靈活和高效的靶向編輯技術(shù)，TALENs在結(jié)構(gòu)上與ZFNs類似，是由特異性的DNA結(jié)合蛋白-TALE蛋白和FokⅠ核酸酶兩部分組成。TALE蛋白是植物病原體-黃單胞菌分泌的一種轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物，是一類分泌蛋白，在植物細(xì)胞中能夠特異性地識(shí)別并結(jié)合寄主靶基因的序列，從而調(diào)控寄主的基因表達(dá)。進(jìn)行基因編輯時(shí)，兩個(gè)TALE蛋白識(shí)別和結(jié)合DNA靶位點(diǎn)，F(xiàn)okⅠ核酸酶負(fù)責(zé)對(duì)靶DNA進(jìn)行切割，從而造成DNA的DSBs，誘發(fā)細(xì)胞的DNA損傷修復(fù)機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基因組靶位點(diǎn)的編輯。

——第三代基因編輯技術(shù)：CRISPR-Cas技術(shù)

CRISPR-Cas技術(shù)是基于原核生物(細(xì)菌和古生菌)一種免疫系統(tǒng)而開發(fā)的，稱之為Clustered regularly interspaced short palindro- mic repeats-CRISPR-associated proteins(規(guī)律成簇間隔短回文重復(fù)及其相關(guān)蛋白)，簡稱CRISPR-Cas系統(tǒng)。由于該技術(shù)合成簡單、周期短、操作靈活、效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前備受人們關(guān)注。

——三種基因編輯技術(shù)的比較：CRISPR/Cas的優(yōu)勢明顯

作為革命性的基因編輯技術(shù)，CRISPR/Cas的優(yōu)勢非常明顯，相較于ZFNs和TALENs，CRISPR/Cas的設(shè)計(jì)難度和構(gòu)建難度都要小的多，成本更低，開發(fā)周期更短，靶向修飾效率更高，此外CRISPR/Cas還具有可以多靶點(diǎn)編輯和可以編輯RNA的優(yōu)勢，這是前兩種技術(shù)所不具備的。

——基因編輯技術(shù)發(fā)展趨勢

基因編輯技術(shù)發(fā)展趨勢首先為ZFNs和TALENs不斷降低成本，縮短開發(fā)周期;其次為CRISPR基因編輯不受PAM限制，實(shí)現(xiàn)任意基因組位點(diǎn)編輯;最后為克服脫靶率。

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