CRISPR将会影响的行业包括医药、食品、农业和工业生物技术。由于C R I S P R-C as9基因编辑系统非常容易建立和使用,各个领域的研究人员都可以利用这项技术。
回顾一下,实际上,当病毒侵入细菌时,其独特的D N A会被整合到细菌基因组中的CRISPR序列中。这意味着下一次病毒攻击时,细菌会记住它并发送RNA和Cas来定位和破坏病毒。
虽然细菌中还有其他C a s酶在病毒攻击自己时会截断病毒,但C a s9是动物体内执行这种任务的最佳酶。大众所熟知的术语CR I S P R-C as9是指切割动物(和人类)DNA的Cas酶的种类。
2015年,中国科学家通过去肌肉生长抑制素基因基因创造了两个超级肌肉小猎犬。在没有该基因的情况下,小猎犬表现出“肌肉肥大”,明显比未经基因改造的犬更强壮。
与动物研究相比,编辑人类D N A的CRISPR实验发展较缓慢,主要是由于伦理和监管问题。鉴于改变人类基因组的永久性,FDA对于CR I S PR的态度是谨慎的。一些科学家甚至提出应该暂停CRISPR试验,直到我们获得更多有关该技术对人类潜在影响的信息。
想象一下未来,父母可以定制宝宝的样子,选择未出世孩子的身高和眼睛颜色。所有特质都可以根据个人喜好定制:家养宠物的大小,植物的寿命等。这听起来像是反乌托邦科幻小说,但其实这并不是遥不可及。
2012年,科学家们首次发现CRISPR,并对CRISPR(也称为Cas9或CRISPR-Cas9)的应用感到惊讶。CRISPR可能会彻底改变我们应对一些问题的方法,如癌症,食物短缺和。在最近的中,CRISPR甚至可以被用作诊断疾病的工具。但是,与任何新技术一样,它也可能会导致意想不到的问题。
不断变化的DNA将不可避免地导致一系列难以预想的后果。社会和各行业如果源自文库了解CRISPR的基础知识,就无法应用这项技术。接下来,让我们从其定义,应用和局限性深入了解CRISPR。
什么是CRISPR?CRISPR是细菌遗传密码及其免疫系统的一个定义性特征,是细菌用来保护自己免受病毒攻击的防御系统。它也存在于古生物界(单细胞微生物)中的生物体中。首字母缩写词“CRISPR”——Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats。实质上,它是一系列重复的D N A序列,并且这些D N A之间存在“spacers”。
为了更好的应用这项技术,研究人员增加了一个新的步骤:在C R I S P RCa s9切割D NA后,携带“固定”基因的新D N A序列可以嵌入到新的间隔中。或者,切割可以同时“敲除”不需要的基因,例如,导致疾病的基因。
虽然涉及患者参与的临床试验仍在等待监管机构的批准,但CRISPR已经应用于活体和非活体人类胚胎实验中。
例如,2017年8月,由俄勒冈州健康和科学大学的生殖生物学家ShoukhratMitalipov领导的一个小组获得了私人赞助,使用CR I S P R-C as9识别了导致心肌增厚的胚胎突变。突变的胚胎在实验室将突变率恢复到了72%(高于普通50%的遗传率)。
CRISPR研究的飞速发展,已经超越了基础D N A编辑。2017年12月,S a l k研究所设计了CR I S P R-C as9系统的不成熟版本,能够在没有编辑基因组的情况下激活或关闭目标基因。展望未来,这种技术可以解决基因编辑永久性的问题。
每个行业都可以利用CRISPR:它可以为人类疾病创造新的药物,帮助农民种植抗病作物,创造新的动植物物种,甚至让灭绝的物种起死回生。
简而言之,细菌利用这些基因序列来“记住”攻击它们的每种病毒。细菌会将病毒的D N A整合到自己的细菌基因组中。这种病毒D N A最终成为CRISPR序列中的“spacers”。这种防御系统可以在同种病毒再次发起攻击时给予细菌保护或免疫力。
总是位于CRISPR附近的基因,称为C a s(C R I S P R相关)基因。一旦激活,这些基因就会产生特殊的蛋白质,这些蛋白质是与C R I S P R共同进化的酶。这些Cas酶能够充当切割DNA的“分子剪刀”。
自最初发现CRISPR以来,其应用的领域迅速扩大。虽然还处于早期阶段,但“动物模型”(即实验室动物)已经向我们展示了如何操纵CRISPR技术。
小鼠是研究CRISPR治疗潜力的实验对象。拥有超过人类90%的基因,小鼠是哺乳动物中理想的实验对象。小鼠实验表明,CRISPR可以消除与假肥大性肌营养不良(D M D)相关的缺陷基因,抑制神经性舞蹈病蛋白质的形成并消除HIV感染。
截至2018年2月,宾夕法尼亚大学正在等待F D A对于一项研究的最终批准。该研究旨在评估应用CRISPR治疗多发性骨髓瘤,黑色素瘤和肉瘤患者的安全性。
欧洲也可能会在2018年首次进行人体CRISPR研究。CRISPR Therapeutics的研究集中在一种称为β-地中海贫血的血液疾病上,这种疾病会导致血红蛋白的成分改变。