CRISPR:细菌的防护罩
提到CRISPR /Cas9技术,离不开CRISPR的发现。1987年,日本微生物学家石野良纯(Yoshizumi Ishino)课题组在克隆大肠杆菌碱性磷酸酶同工酶(alkaline phosphatase isozyme, iap)基因编码序列时,意外发现编码序列附近存在间隔串联重复(5个)的DNA片段,每个重复片段含29个保守碱基且具有内部碱基互补的回文结构,这些保守片段之间由32个碱基的居间序列隔开,但当时他们对这种结构的生物学功能却一无所知。
90年代,研究人员先后在多种细菌和古菌基因组中发现这种特殊的串联重复结构,因此2000年将其统称为短规律性间隔重复(short regularly spaced repeat, SRSR)序列。2002 年,荷兰乌得勒支大学扬森(Ruud Jansen)正式将这种结构命名为成簇规律性间隔短回文重复(clustered regularly interspaced short palindromic repeat, CRISPR)。在研究CRISPR序列过程中还发现许多与这些序列功能存在关联的核酸酶或螺旋酶,统称为CRISPR-相关因子(CRISPR-associated,Cas),从而在细菌中鉴定出一个全新的CRISPR-Cas系统。
CRISPR实际上就是一种基因编辑器,是细菌用以保护自身对抗病毒的一个系统,也是一种对付攻击者的基因武器。后来,研究人员发现,它似乎是一种精确的万能基因武器,可以用来删除、添加、激活或抑制其他生物体的目标基因,这些目标基因包括人、老鼠、斑马鱼、细菌、果蝇、酵母、线虫和农作物细胞内的基因,这也意味着基因编辑器是一种可以广泛使用的生物技术。
CRISPR /Cas9:炙手可热的生物学研究工具
CRIPSR-Cas系统分为Type I、TypeII 、Type III三种类型。在TypeII 系统中包含一个标志性的Cas9蛋白(参与crRNA的成熟以及降解入侵的噬菌体DNA或外源质粒)。CRISPR/Cas9就是CRISPR/Cas系统和Cas9蛋白结合成复合体,发挥识别和降解入侵的外源DNA功能。
CRISPR/Cas9这项新技术使人们能更精准地对DNA代码进行控制,引发了遗传学和细胞生物学领域的革新,科学家们对它寄予厚望,希望借助它的力量,治疗包括癌症在内的疾病并进一步解开人类细胞身上笼罩的谜团。
CRISPR /Cas9技术的发现可以让基因编辑如同我们在电脑上使用剪切、复制、粘贴资料一样简单。该技术在短短两三年时间内,发展成为生物学领域最炙手可热的研究工具之一,并有近700篇相关论文发表。 CRISPR/Cas9技术自问世以来,就有着其它基因编辑技术无可比拟的优势,技术不断改进后,更被认为能够在活细胞中最有效、最便捷地“编辑”任何基因。有了“基因编辑器”,人类能通过基因编辑调整免疫系统,甚至可以让身体发生特定变化。但CRISPR /Cas9编辑时有可能出错,敲掉其他关键基因,这有可能引发基因突变,基因编辑很可能产生新的疾病隐患,基因一旦被敲掉就不能“撤销”。
此外,基因编辑还可以改良植物性状,使得蔬果保质期更长,口感更好;治疗恶性病,某些恶性病可通过基因编辑得到一定缓解;甚至以后可以通过相关DNA复活灭绝物种,有助于生物学家的研究。但对于基因编辑技术,2018年11月27日第二届国际人类基因组编辑峰会开幕式上,诺贝尔医学奖获得者戴维·巴尔的摩致词表示:希望人类在利用新兴技术来操纵世界人口的同时,不要忘记小说《美丽新世界》中隐含的警告,慎重对待基因编辑技术。