基因编辑技术的原理与发展史

基因编辑是指DNA核苷酸序列的特定修改（删除、插入等）。该技术能准确切割目标DNA片段，插入新的基因片段，既能模拟基因的自然突变，又能对原始基因组进行修改和编辑，真正实现“基因编辑”。接下来莱德伯特（北京）生物科技有限公司将向您介绍基因编辑技术的原理与发展史。

一、 基因编辑原理

DNA修复系统主要通过非同源末端连接和同源重组两种途径修复DNA双链断裂。通过这两条修复途径，基因组编辑技术可以实现基因组修饰的三个目的，即基因敲除、引入特异性突变和位点特异性转基因。

1.基因敲除：如果你想失去一个基因的功能，你可以在该基因中产生DSB。在NHEJ修复过程中，经常发生DNA插入或缺失，以发现移码突变，从而实现基因敲除。

2.特异性突变导入：如果要将特异性突变导入基因组，则需要同源重组来实现这一点。在这种情况下，应提供具有特定突变的同源模板。同源重组通常效率很低。在该位点产生DSB大大提高了重组效率，并允许引入特定突变。

3.定点转基因：与有意突变导入的原理类似，在DSB修复过程中，将转基因基因加入同源模板，复制到基因组中，实现定点转基因。

人工构建或发现内切酶，在预定的基因组位置切割DNA。切割的DNA在被细胞内的DNA修复系统修复的过程中会发生突变，从而达到靶向基因组转化的目的，如锌指蛋白、转录激活因子样因子、CAS蛋白等。所有基因编辑系统的关键组成部分是DNA识别域和核酸内切酶。

二、 发展史

第一代：锌指内切酶锌指蛋白与核酸内切酶FokI融合形成的内切酶，可用于在各种复杂基因组的特定位置产生DNA双链切割。

DNA识别域：由一系列cys2-his2锌指蛋白组成。每个锌指蛋白识别并结合一个特定的三联体碱基。

核酸内切酶：一种非特异性核酸内切酶，Fokl，能切割双链DNA形成二聚体。

第二代：转录激活效应器核酸酶（talen）。酪氨酸可以像ZFN一样精细地修饰复杂的基因组。同时，其结构相对简单、具体，因此受到研究者的青睐。

DNA整体结构域：tale蛋白由一系列重复结构域组成，这些重复结构域由33到35个氨基酸组成，每个氨基酸识别一对碱基。该结构域由两个高度可变的氨基酸组成，称为可重复双氨基酸残基位点。像锌指结构域一样，这个故事重复模块可以串在一起识别一个长的DNA序列。

核酸内切酶：一种非特异性核酸内切酶，FokI，能切割双链DNA形成二聚体。

第三代：在细菌和古细菌中发现的一组短回文CAS蛋白，经细菌获得性免疫系统修饰。CRISPR序列能特异性识别外源核酸序列。CAS蛋白的非特异性核酸内切酶功能切断了外源核酸。

DNA识别域：导向RNA，由crisprrna（crrna）和反式crisprrna组成。crrna的一端与双链核苷酸互补，另一端与tracrrna互补形成引导RNA。

核酸内切酶：cas9核酸内切酶。

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