请问什么是基因编辑技术,如何编辑?

原标题:科学家首次在活体患者體内使用基因编辑技术技术

医生们首次编辑了一名活着的人类病人的基因组11 月 13 日,一名 44 岁的男子在加州奥克兰的一家医院接受了治疗該患者患有亨特综合症,这是一种罕见的遗传疾病患者体内没有一种可以被分解为复杂的多糖的酶。如果不及时治疗它会对精神发育、器官功能和身体机能造成永久性的伤害。

在这种情况下医生们试图通过使用锌指核(ZFNs)来纠正这种情况。这些酶可以切断肝细胞中存茬的一种基因插入产生所需酶的基因的功能副本。

这种疗法是由总部位于加州的生物技术公司 Sangamo 疗法研发的该公司的总裁兼首席执行官 Sandy Macrae 茬接受采访时表示:“这是第一次有人将一种新基因植入他们的肝脏。”他说这次尝试是“一种特权和一种责任”。

与 CRISPR cas9 相比ZFNs 是一种更笨拙的执行基因编辑技术的方法,但它们确实提供了更高的精确度据报道,Sangamo 采用的实现方式可以在任何可能需要的基础上进行切割

像這样的成功试验证明了我们在对人类基因组进行编辑方面已经取得了长足的进展。在 CRISPR 和 ZFNs 之间我们开发了强大的工具,允许我们进行精确嘚修改——这将使我们能够处理各种不同的情况

使用 ZFNs 治疗亨特综合症的方法比目前治疗该疾病的方法有了很大的改善。目前的治疗方法通常是每周一次的酶替代治疗虽然这已经被证明是有效的,但这是一种持续的治疗消耗了大量的时间和金钱。

相反ZFNs 会对人体进行持玖的改变,彻底消除这个问题很容易看出这项技术会对病人的生活质量产生巨大的影响。这是一个把问题扼杀在萌芽状态的办法而不昰不断地解决问题。下一步将是研究如何利用这项技术来治疗其他病症

基因编辑技术技术指能够让人类對目标基因进行“编辑”实现对特定

片段的敲除、加入等。而CRISPR/Cas9技术自问世以来就有着其它基因编辑技术技术无可比拟的优势,技术不斷改进后更被认为能够在活细胞中最有效、最便捷地“编辑”任何基因。

26日来自深圳的研究人员贺建奎宣布,一对基因编辑技术婴儿於11月在中国“健康”诞生消息一经公布,旋即引起质疑生命科学以其美好前景带给人们无限遐想,基因编辑技术技术加速发展让人们看到了规避疾病、拥有健康、益寿延年的曙光然而,科学技术的应用应当在科学伦理面前止步为此,人们制定并完善了科学伦理规范约束任何可能超越底线的行为。

CRISPR/Cas9是继“锌指核酸内切酶(ZFN)”、“类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)”之后出现的第三代“基因组定点編辑技术”与前两代技术相比,其成本低、制作简便、快捷高效的优点让它迅速风靡于世界各地的实验室,成为科研、医疗等领域的囿效工具CRISPR/Cas9技术被认为能够在活细胞中最有效、最便捷地“编辑”任何基因

1)基因敲除:如果想使某个基因的功能丧失,可以在这个基因仩产生DSB非同源末端连接(NHEJ)修复的过程中往往会产生DNA的插入或删除(indel),造成移码突变从而实现基因敲除。

  2)特异突变引入:如果想把某个特异的突变引入到基因组上需要通过同源重组来实现,这时候要提供一个含有特异突变同源模版正常情况下同源重组效率非常低,而在这个位点产生DSB会极大的提高重组效率从而实现特异突变的引入。

  3)定点转基因:与特异突变引入的原理一样在同源模版中间加入一个

,这个转基因在DSB修复过程中会被拷贝到基因组中从而实现定点转基因。通过定点转基因的方法可以把基因插入到人的基因组AAVS1位点这个位点是一个开放位点,支持转基因长期稳定的表达破坏这个位点对细胞没有不良影响,因此被广泛利用

有着“豪华蝂”诺奖之称的“2015年度生命科学突破奖”颁发给了发现基因组编辑工具“CRISPR/Cas9”的两位美女科学家——珍妮弗·杜德娜和艾曼纽·夏邦杰。二人更是获得了2015年度化学领域的引文桂冠奖——素有诺奖“风向标”之称,曾被认为是2015年诺贝尔化学奖的最有力竞争者

2018年11月,中国深圳的科学家贺建奎宣布他们团队创造的一对名为露露和娜娜的基因编辑技术婴儿在中国诞生。这对双胞胎的一个基因经过修改使她们出生後就能天然抵抗艾滋病,这是世界首例免疫艾滋病的基因编辑技术婴儿

世界上有了“转基因的婴儿”?在

短暂的“划时代成果”欢呼和喝彩之后迎来了从科学家群体到普通民众的普遍质疑和惊讶,直指对人类实施基因编辑技术的伦理正当性甚至事件的真实性。

基因编輯技术是人对身体的遗传密码做出的修改对此,人类早就有多种伦理原则进行规范其中的一个原则是,目前必须要有国家级的政府伦悝机构批准并且尚不能允许经过基因修改的婴儿出生,即便要用人的胚胎进行研究也一般限于14天的胚胎,即胚胎发育到14天后必须销毁不能发育成长为人。因此所谓“免疫艾滋病基因婴儿”的出生,有违目前公认的伦理和伦理管理原则不啻于以科学之力创造了“弗蘭肯斯坦”。

而且事件显得扑朔迷离网上流传的“医学伦理审查申请书”显示,批准这次基因编辑技术实验的是深圳和美妇儿科医院這是一家民营资本医院,而且之前有不少的负面新闻但是,该院否认婴儿出生在他们那里;该医院伦理委员会前成员甚至称“签名是伪慥的”这么一起人命关天的人体试验,到底有没有经过合法的医学伦理审查是不是存在造假问题?

其次贺建奎强调,对婴儿的基因編辑技术是出于治疗目的但是,阻断艾滋病母婴传播的技术已经很成熟什么样的“治疗目的”,需要对婴儿进行基因编辑技术

第三,贺建奎本人在2017年年初还撰文称:“CRISPR-Cas9是一种新技术我们需要更多深入的研究和了解。不论是从科学还是社会伦理的角度考虑没有解决這些重要的安全问题之前,任何执行生殖细胞系编辑或制造基因编辑技术的人类的行为是极其不负责任的”那么,为什么短短一年之后基因编辑技术婴儿就在贺建奎手中降生了这是不是“极不负责任的”?科学家的态度发生了180度的大转弯背后有没有不正当的利益纠葛?

此外由于基因剪刀CRISPR/Cas9具有不稳定性,经常脱靶因此对人的伤害不小;而且,敲除这个靶点后有没有其他潜在威胁会不会产生蝴蝶效應?同时包括《科技日报》在内的科学界媒体也在质疑:基因编辑技术是否能完全有效地防止感染艾滋病病毒?如何来证明

“人是目嘚本身,而不是手段”应该是基因领域的金科玉律。那两个叫露露、娜娜的孩子是活生生的人,拥有自己独立的人格和价值不是实驗的材料。基因被编辑过的婴儿降临人间对于人类历史是一个大事,我们做好了足够准备了吗打开潘多拉的魔盒,当慎之又慎哪怕盒子里装的是希望。

  • 1. .网易[引用日期]
  • 2. .新浪[引用日期]

  【摘 要】随着社会的进步和囚们对美好社会需求的不断提高基因编辑技术技术迅速发展,被广泛应用于生命科学领域本文对基因编辑技术的三大技术方法进行简偠介绍,同时对其在畜牧育种中的研究进行综述并对未来基因编辑技术技术进行展望,以期为进一步研究基因编辑技术技术提供理论依據
  【关键词】基因编辑技术技术;畜牧育种
  基因编辑技术(Gene Editing)技术是指一种对目的基因或转录产物进行插入、敲除和定点突变等定点精确修饰的生物技术。该技术主要利用人工核酸酶实现对基因组上特定DNA片段的敲除、敲入或修饰目前主要有三大基因编辑技术技術,锌指核酸酶(ZFNs)技术类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)技术和CRISPR/Cas9技术。近年来这三大技术在畜牧育种中应用广泛,在动物性状改良方面起到了巨大作用
  一、锌指核酸酶(ZFNs)技术
是一种核酸内切酶发挥“剪刀”的功能,对目的基因进行剪切由此达到基因编辑技術的。ZFPs 作为一类特殊的转录调控因子在生物体的细胞分化、胚胎发育以及基因表达调控等多个方面发挥重要作用。
  在动物活体细胞ΦBibikova等首次利用ZFN技术在非洲爪蟾卵母细胞中实现了基因打靶,从此 ZFNs技术开始被广泛应用于多种哺乳动物的基因编辑技术中。2011年Hauschild 等将 ZFNs基洇组编辑技术应用于猪,利用基因打靶获得了α-13-半乳糖基因敲除猪,为器官移植技术提供了新的思路Whyte等将体细胞核移植技术与ZFNs技术相結合,从而获得转基因猪2013年,Marron等利用ZFN技术成功在猪上敲除了MSTN基因使得猪肌肉生长抑制素的形成被破坏,从而使得猪的瘦肉率得到显著提高Cui等在2015年利用ZFNs技术在猪上得到新的突破,获得了具有生长激素受体的转基因猪 使得研究人类疾病有了理想的新动物模型。ZFNs技术研究茬牛上研究同样广泛2011年Yu 等利用ZFNs 技术,获得了具有更高牛奶营养品质的转基因牛他们敲除了β-乳球蛋白基因,该基因在牛奶中具有致敏性
  ZFNs技术由于发现时间较早,研究广泛试验技术虽相对完善,但脱靶现象严重细胞毒性大等缺点使其进一步推广应用受到严重制約。
  二、类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)技术
结构在ZFNs技术之后,TALEN是第二个被广泛认可的基因编辑技术技术TALEN技术在应用时,首先偠设计TALE的识别单元TALE的DNA识别域由多个重复氨基酸模块组成,这些氨基酸序列十分保守紧接着将识别单元与FokI相结合,构建TALEN质粒TALEN技术的剪切机制是依靠TALE 特异性结合到靶位点上,其切割域形成特异性的二聚体可使识别位点间的目标基因核苷酸实现断裂,从而完成目的基因编輯技术目前构建TALEN 的方法主要有:TALEs“黄金大门”克隆法;迭代帽组装法;固相高通量自动连接技术;非连接酶依赖型克隆法等。
  TALEN基因編辑技术技术被广泛应用于多种饲养动物中2012年Carlson 等利用TALEN 技术敲除了猪细胞中多个基因,为 TALEN 技术在转基因猪上的广泛应用提供了研究思路2013姩, Xin等又利用该技术将猪的GGTA1基因成功进行定点敲除2014年,Li等在猪上发现了ROSA26 基因位点并成功利用 TALEN 技术进行定点敲入。2015年Wu等利用 TALE技术成功茬牛的常染色体中敲入小鼠的 SP110 基因,从而得到了23 头可抵抗牛结核分枝杆菌的转基因牛同年在转基因羊的研究上,Cui 等利用TALEN技术将人乳铁蛋皛敲入羊的常染色体使其替代了羊自身的β乳球蛋白,从而使得羊奶的营养价值得到了显著提高。
  TALEN技术相较于ZFNs技术其优势在于可以萣点识别目标基因,从而使得基因剪切编辑更加准确高效同时与ZFNs技术相比它的脱靶效应以及细胞毒性都得到了有效改善。
  CRISPR/Cas9技术是一種由RNA介导的基因编辑技术技术该项技术的兴起引发了基因编辑技术领域新的革命。CRISPR是从对真菌和古菌宿主的研究中衍生而来的1987年日本嘚Ishino等,在大肠杆菌的DNA中发现有串联间隔重复序列的特殊结构交替出现一直到2012年,这种重复序列才被命名为规律性聚簇间隔短回文重复即CRISPRCRISPR系统可分为三大类型: I型、II型和III型,CRISPR/Cas9便属于II型II型系统相较于其他类型,结构较简单 只需要一个Cas9蛋白来识别目的基因序列。现在最简便且应用最广泛的CRISPR/Cas9 技术是将利用sgRNA引导Cas9 蛋白识别特定基因序列的PAM区造成双链 DNA 断裂,并启动 DNA 损伤修复机制
  目前CRISPR/Cas9技术在畜牧生产中被广泛应用。2014年Hai等利用CRISPR/Cas9技术编辑猪的vWF基因,从而为治疗血管性血友病提供了新的研究模型2015年,水牛 BMP15 和 GDF9 基因被CRISPR/Cas9 技术进行编辑从而加快了水犇繁殖性能的提高。2016年 Han等使用CRISPR/Cas9技术敲除了猪的Hoxc13基因, 从而为人类治疗外胚层发育不良提供了模型2016年,在我国新疆利用CRISPR/Cas9技术成功培育絀具有不同毛色的转基因绵羊。2017年Gao 等首次将NRAMP1基因利用CRISPR/Cas9技术敲入奶牛的基因组中,成功获得了转基因奶牛共11头经研究发现,11头奶牛均未發生脱靶效应说明CRISPR/Cas9技术可使基因编辑技术脱靶效应降低,从而为进一步研究?D基因家畜提供理论基础此外,CRISPR/Cas9技术在小鼠细胞、恒河猴、食蟹猴、小鼠和人上均有相关研究报道   CRISPR/Cas9技?g与TALEN技术和ZFNs技术相比, 其切割效率相对较高且操作简单同时,能够更为精确且高效的對目标基因进行定点编辑并且同时进行多位点的编辑。CRISPR/Cas9 技术目前还具有一定的局限性其受到 PAM 元件的制约,不能完全识别特异性的DNA序列
  基因编辑技术技术被认为是一种理想的基因操作手段,至今已达到一定的高度具有效率高、定向编辑准确性高、适应性广等优点。随着科学的快速发展基因编辑技术技术必将不断完善,通过敲除和敲入等手段获得家畜优良的生产性状加快我国畜牧业发展的速度,从而为改善国民生活做出贡献此外也可利用基因编辑技术技术,建立动物研究模型使其在生命科学和医学方面更好的为人类服务。此外基因编辑技术技术还存在脱靶率高、特异性以及效率低等问题,更加有效的利用基因编辑技术技术还有待进一步研究随着科学的發展,各种各样的基因编辑技术工具不断更新使得人们对基因编辑技术的研究也更加深入,不过想要真正将其应用于畜牧育种中还需科技工作者继续努力。

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