細菌不發(fā)危，你當我是“病菌”！
免疫系統(tǒng)這個詞大家多多少少都聽說過，也一定知道它是我們身體中一套涉及很多細胞和組織器官的復(fù)雜體系 。 如果說細菌也有免疫系統(tǒng)，你會不會覺得很詭異呢？甚至?xí)X得有點“賊喊抓賊”呢？但是，細菌的確也有敵人，所以也需要克制敵人的辦法 。 而當前應(yīng)用最廣泛的基因編輯技術(shù)，就是從細菌這套克敵制勝的系統(tǒng)中來的 。
威脅細菌生存的是一種病毒，稱為噬菌體 。 實驗室里大量培養(yǎng)細菌時，天不怕，地不怕，就怕噬菌體 。 一旦噬菌體嚴重泛濫，整個實驗室說不定都得關(guān)張，用化學(xué)藥劑全面熏蒸消毒，才能清除噬菌體的危害 。
當噬菌體侵染細菌時，這些如同外星飛船一樣的病毒會伸出幾個“腳”抓在細菌表面上，然后用一個螺旋尾部刺穿細菌表面，再將病毒自己的DNA釋放到細菌的細胞內(nèi)部 。 由于細菌沒有細胞核，所以這些進來的病毒DNA就會被當成細菌自己的遺傳信息，用以生產(chǎn)蛋白質(zhì)，合成出新的噬菌體來 。
為了對付侵害自己的病毒，細菌也進化出了一套本領(lǐng) 。 首先，它們的基因組中包含一些稱為CRISPR的DNA序列，記錄了之前侵染過它們的病毒的DNA片斷，就像是警察電腦中的罪犯指紋庫 。 然后，細菌的細胞內(nèi)還有一種叫做Cas9的酶，能夠依照CRISPR提供的序列去識別外來的DNA，一旦發(fā)現(xiàn)能夠匹配的片段，就相當于警察在城市里發(fā)現(xiàn)了與罪犯指紋匹配的家伙 。 于是Cas9就會毫不客氣地將這些外來的病毒DNA切碎，從而阻止了依照這些DNA來生產(chǎn)病毒蛋白 。
生物學(xué)家們就利用這套CRISPR/Cas9的系統(tǒng)，讓進入動物細胞的Cas9通過序列匹配找到目標DNA，一“刀”下去，將其切斷，從而起到了破壞特定基因的目的 。 當然了，實際應(yīng)用中還有很多技術(shù)細節(jié)問題，包括如何利用這套系統(tǒng)來實現(xiàn)外來基因的整合等等 。
CRISPR/Cas9的基因編輯原理
開啟一片新天地
雖然在CRISPR/Cas9之前也出現(xiàn)過一些其他的基因編輯技術(shù)，但都沒有CRISPR/Cas9這樣簡單易行，周期短，效率高 。 因此，生物學(xué)家們可以很方便地應(yīng)用CRISPR/Cas9技術(shù)來完成很多以前難于完成的實驗 。
比如說，如果生物學(xué)家們想要研究某個基因的功能，一個重要的實驗就是看看當細胞中沒有這個基因時會發(fā)生什么事情 。 雖然有一些不必編輯基因組的方法，就能讓一個基因沉默，但往往沉默的效果并不好，而最徹底，最可靠，最直接的方法，還是把那個基因破壞掉 。 而這正是CRISPR/Cas9所擅長的事情 。
有的時候，一個基因的作用并不能在細胞層面得到充分的展示 。 也就是說，只把體外培養(yǎng)的細胞中的基因破壞掉還不夠，生物學(xué)家們希望看到?jīng)]有這個基因的線蟲、果蠅、小鼠、大鼠是怎么樣的 。 這時，問題就來了：我們怎么能把一只小鼠全身所有細胞的基因組全都編輯一遍呢？
當然不能 。 所以一般采取的方法是，采集小鼠的受精卵，在胚胎尚且是一個細胞的階段對其進行CRISPR/Cas9的基因編輯操作，那么編輯后的受精卵再復(fù)制擴增出來的其他細胞也就都帶上一樣的編輯過的基因了 。
實際上，利用CRISPR/Cas9進行細胞層面或?qū)嶒瀯游飳用娴幕蚓庉?，目前已?jīng)是比較成熟的技術(shù)了，在大多數(shù)細胞生物學(xué)或發(fā)育生物學(xué)實驗室中就能完成，市面上還有很多生物技術(shù)公司能夠為研究者提供這樣的基因編輯細胞或基因編輯動物的制備服務(wù) 。
可以說，CRISPR/Cas9技術(shù)在基因編輯領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為生物學(xué)家們打開了一片新天地，大大加快了對于基因功能的研究工作 。
短一截的感受器
毫無疑問，在CRISPR/Cas9技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用的這個時代，將其應(yīng)用于人類胚胎的基因編輯并不存在顯著的技術(shù)障礙 。 也就是說，深圳賀建奎團隊所做的事情，在學(xué)術(shù)上并非是什么新技術(shù)的突破 。
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