基因是生命活動的核心，尋找目標基因后，可以實施針對性的功能、機制及表達等系列研究。自從沃森和克里克提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)以來，人類便開始解讀生命的密碼?；蚓庉嬍且环N精確修飾靶基因或轉(zhuǎn)錄產(chǎn)品的基因工程技術，主要通過人工核酸酶實現(xiàn)特定基因序列的敲除、插入或定點突變?；蚓庉嫾夹g在基因研究、基因治療和遺傳改良等領域展現(xiàn)出巨大應用潛力。目前，主要有三種基因編輯技術：鋅指核酸酶、轉(zhuǎn)錄激活效應因子核酸酶（TALEN）和CRISPR/Cas9。我們將重點介紹前沿的和最有效的基因組編輯方法——CRISPR/Cas9。
CRISPR是“成簇規(guī)律間隔短回文重復序列”（clustered regularly interspaced short palindromic repeats）的縮寫，原核生物如細菌和古生菌利用其防御噬菌體的感染。其原理在于識別與入侵者匹配的基因序列并利用CRISPR相關蛋白Cas進行剪切。CRISPR-Cas9源于細菌的一種自然免疫機制，能夠識別和切割入侵的病毒DNA，科學家們研究這一機制后，開發(fā)出可以精確修改幾乎所有生物體基因的工具。這項技術的進步不僅是技術突破，更是科學研究的焦點。
CRISPR-Cas9系統(tǒng)由三部分組成：Cas9蛋白、crRNA和tracrRNA。通過局部堿基配對，crRNA和tracrRNA結(jié)合形成gRNA（導向RNA），引導Cas9蛋白識別并切割目標DNA序列。為了提高實驗的設計效率，Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier將crRNA和tracrRNA融合為一條RNA，稱之為sgRNA（單導向RNA），從而簡化了基因編輯工具的使用。
CRISPR-Cas9技術的關鍵在于兩個組成部分：負責剪切DNA的Cas9蛋白和具有導向功能的gRNA。Cas9蛋白能夠特異性地切割目標DNA序列，產(chǎn)生雙鏈斷裂。成功識別目標序列需要滿足兩個條件：（1）gRNA與靶DNA之間的特定配對；（2）靶DNA上游的特定PAM序列。這種雙鏈斷裂會激活細胞的DNA修復機制，進而實現(xiàn)基因組的精準修復，具備高效性和準確性。
DNA修復機制分為兩種：非同源性末端接合（NHEJ）和同源介導修復（HDR）。NHEJ是一種迅速修復過程，但可能會導致序列的缺失或插入，無法精準編輯；HDR則依賴于同源序列進行修復，雖然效率較低卻具有很高的準確性。這使得CRISPR技術能夠?qū)崿F(xiàn)目標基因的敲除、插入和點突變等。
總的來說，CRISPR技術利用特異性的Cas核酸酶在基因組靶位點引入雙鏈斷裂，經(jīng)過細胞自身的修復機制實現(xiàn)基因組的遺傳修飾。gRNA和Cas9是實現(xiàn)基因編輯成功的關鍵因素。由于CRISPR/Cas9只需更改單鏈向?qū)NA（sgRNA）的序列，即可重編程Cas9的序列特異性，此外該技術簡單、周期短及高效率，使其成為當今最廣泛應用的基因編輯工具。
作為新一代基因編輯技術，CRISPR-Cas9在基因功能研究、動物模型構(gòu)建和基因治療等領域展現(xiàn)了廣闊的應用前景。它已被廣泛應用于生命科學的各個領域，并在臨床治療試驗中對地中海貧血等疾病進行探索。隨著CRISPR/Cas9的不斷進步，這種技術不僅為基因表達調(diào)控提供了新的可能性，還為癌癥等多種疾病的治療帶來了全新方法。
最近，越來越多的研究利用CRISPR/Cas9技術篩選關鍵基因并分析其關聯(lián)通路。此類研究通常包括以下步驟：模型構(gòu)建、關鍵基因篩選、相關基因通路研究及模式提出。Animal disease models can effectively simulate human diseases and play a pivotal role in understanding disease mechanisms and therapeutic screenings.
CRISPR/Cas9的應用已經(jīng)超越傳統(tǒng)的基因敲除，它可以對目標基因進行過表達。通過基因驅(qū)動技術，CRISPR也被用于環(huán)境保護項目，控制害蟲數(shù)量或減少疾病傳播。我們旗下的俄羅斯專享會294品牌，為您提供CRISPR/Cas9相關的科研產(chǎn)品，涵蓋IDT品牌的CRISPR-Cas9蛋白、Abcam品牌的抗CRISPR-Cas9抗體等，歡迎聯(lián)系咨詢。
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