crispr／cas9到底是什么東西

最近幾年基因編輯技術異常火爆，CRISPR/Cas9技術面世以后，彌補了傳統基因編輯技術的諸多不足，使得基因的“任意編輯”變得越來越容易。也因此，CRISPR/Cas9技術當仁不讓的成為基因編輯技術的“王牌”，大有一副取而代之的勢頭。所以這里就給大家簡單介紹一下CRISPR/Cas9的技術原理！
一、CRISPR/Cas9系統的構成
CRISPR(clustered,regularly interspaced,short palindromic repeats)是一種來自細菌降解入侵的病毒DNA或其他外源DNA的免疫機制。在細菌及古細菌中，CRISPR系統共分成3類，其中Ⅰ類和Ⅲ類需要多種CRISPR相關蛋白（Cas蛋白）共同發揮作用，而Ⅱ類系統只需要一種Cas蛋白即可，這為其能夠廣泛應用提供了便利條件。目前，來自Streptococcus pyogenes的CRISPR/Cas9系統應用最為廣泛。
Cas9蛋白（含有兩個核酸酶結構域，可以分別切割DNA兩條單鏈。Cas9首先與crRNA及tracrRNA結合成復合物，然后通過PAM序列結合并侵入DNA，形成RNA-DNA復合結構，進而對目的DNA雙鏈進行切割，使DNA雙鏈斷裂。
研究人員為了將CRISPR/Cas9技術發展為高效的基因打靶工具，又進行了優化和改造。Cong, L.等人[1]在不影響系統效率的情況下，將crRNA和tracrRNA融合為一條RNA。通過這種簡化，CRISPR/Cas9系統現僅包括兩個元素：Cas9蛋白和sgRNA（single guide RNA）。因此現在人們將CRISPR/Cas9技術也稱為Cas9/sgRNA技術。
二、CRISPR/Cas9技術的基因編輯機制
CRISPR/Cas9通過對預設的DNA位點進行切割，造成DNA雙鏈斷裂（DSB, double strand break）。這種DNA的損傷可以啟動細胞內的修復機制，主要包括兩種途徑：
一是低保真性的非同源末端連接途徑（NHEJ，Non-homologous end joining），此修復機制非常容易發生錯誤，導致修復后發生堿基的缺失或插入（Indel），從而造成移碼突變，最終達到基因敲除的目的。NHEJ是細胞內主要的DNA斷裂損傷修復機制。利用靶向核酸酶可以在受精卵水平高效的實現移碼突變，從而制備基因敲除模式動物。CRISPR/Cas9技術的出現，使得無需再使用相應物種的ES細胞系就可以制備基因敲除模式生物，且已成功應用于小鼠[5]、大鼠[6]、豬[7]、靈長類[8]、果蠅[9]等等。
第二種DNA斷裂修復途徑為同源介導的修復（HR, homology-directedrepair），這種基于同源重組的修復機制保真性高，但是發生概率低。在提供外源修復模板的情況下，靶向核酸酶對DNA的切割可以將同源重組發生的概率提高約1000倍[10]。利用這種機制可以實現基因組的精確編輯，如：條件性基因敲除、基因敲進、基因替換、點突變等等。
CRISPR/Cas9技術以自己操作的便捷性，高效的基因編輯能力獲得青睞，成為當下科研工作者的新寵兒。各大實驗室紛紛加入開發CARISPR/Cas9技術的行列中，媒體也將之評為21世紀最有影響的十大技術之一。讓我們跟隨CRISPR/Cas9技術的腳步一起加強科研基礎的建設，推動生物科研的進步！