• 

  • <ul id="4iwoc"><pre id="4iwoc"></pre></ul>
    <blockquote id="4iwoc"><tfoot id="4iwoc"></tfoot></blockquote>
  • 

      • 





      
    
      
       
      
        
    
  
    
        
    
    登錄
    
      

      




      
    
      
       首頁 >> 健康生活
    
      

      


      
    
      
        
      科學(xué)家為細(xì)菌重編基因組密碼,提高抗病毒能力(CRISPR簡述)
      
        
      
            夕陽紅
            2023-08-14 03:36:21
        
      

        
      
           
      最近
      ，美國耶魯大學(xué)和哈佛大學(xué)的科學(xué)家合作
      ，為一種細(xì)菌重新編寫了完整的基因組編碼
      ，并提高了其抗病毒能力
      。
      “這是第一次從根本上改變了遺傳密碼?div   id="4qifd00"   class="flower right">
      ！闭撐墓餐呒壸髡?div   id="4qifd00"   class="flower right">
      、耶魯大學(xué)分子、細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)副教授法倫艾薩克斯說
      ，“創(chuàng)造一個有著新基因編碼的生物
      ，這讓我們能利用許多強有力的方法來擴(kuò)展生物功能的范圍
      ?div   id="jfovm50"   class="index-wrap">！?/p>
      蛋白質(zhì)是由dna指令所編碼
      ，并由20種氨基酸所構(gòu)成，在細(xì)胞中執(zhí)行多種重要的功能作用
      。氨基酸由4個核苷酸組合成的整套64個三聯(lián)體編碼
      ，這4個核苷酸包含了dna的主體部分。這些三聯(lián)體（包含3個核苷酸的單元）叫做密碼子
      ，就是生命的基因字母表。
      本研究由艾薩克斯和論文合著者
      、哈佛醫(yī)學(xué)院的喬治?切爾奇共同負(fù)責(zé)
      。研究中，他們改變了生物學(xué)的基本規(guī)則
      ，探索能否替換自然生物的某些密碼子或整個基因組字母，然后再引入全新字母創(chuàng)造出自然界沒有的氨基酸
      。
      實驗中
      ，研究人員替換了大腸桿菌的一個密碼子
      ，刪除了其本身固有的停止標(biāo)記，該停止標(biāo)記可終止蛋白質(zhì)合成
      。他們將“停止”密碼子進(jìn)行了修改，使之編碼了一種新型氨基酸
      ，并以“即插”方式插入到基因組中
      。新基因組能限制病毒用來感染細(xì)胞的一種天然蛋白質(zhì)的生產(chǎn)
      ，從而讓細(xì)菌擁有了抵抗病毒感染的能力
      。
      創(chuàng)造一種基因組重編碼的生物，使其造出強大的新型蛋白質(zhì)用于各種目的：從對抗疾病到制造新材料
      ，提高了研究人員改造自然的能力。本研究標(biāo)志著人們首次能改變一個生物整個基因組的全部基因編碼。
      艾薩克斯說
      ，本研究為把重編碼細(xì)菌變成“活制造廠”搭建了廣闊舞臺
      ，以生物制造方式創(chuàng)造出新型“特異”蛋白質(zhì)和高分子聚合物，而這些新型分子為新一代材料設(shè)計
      、納米結(jié)構(gòu)
      、治療方法及藥物遞送工具奠定了基礎(chǔ)
      ?div   id="jpandex"   class="focus-wrap mb20 cf">！坝捎诨蚓幋a是通用
      ，本研究也為重新編程其他生物的基因組帶來了光明前景，并對生物技術(shù)行業(yè)帶來巨大的影響
      ，有可能開辟出全新的研究與應(yīng)用之路?div   id="jfovm50"   class="index-wrap">！?/p>
      總編輯圈點
      包括人在內(nèi)的各種生物主導(dǎo)著世界
      。而讓生物千差萬別，世界豐富多彩的
      ，正是基因?div   id="jfovm50"   class="index-wrap">？茖W(xué)家進(jìn)行基因研究
      、破譯基因組密碼的最終目的
      ，就是為了有朝一日能夠自如地改寫、甚至編排這個世界上最神奇和復(fù)雜的密碼
      。如今美國科學(xué)家在這一領(lǐng)域占得先機(jī)，第一次從根本上改變了遺傳密碼
        ?div   id="m50uktp"   class="box-center">  ？梢哉f，這是人類有能力對生物遺傳密碼重新改寫的重要證明
        。如果有一天真正擁有了“上帝之手”
        ，對人類和世界而言到底是喜是憂
        ？而這雙“手”又是否真的無所不能？這一切真讓人既憧憬又緊張
      。
      CRISPR簡述
       （1）鋅指核酸內(nèi)切酶(zinc finger endonuclease
      ，ZFN)：是第一代人工核酸內(nèi)切酶
       （2）類轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物核酸酶(transcription activator-like effector nuclease，TALEN)：第二代人工核酸酶
      。
       （3）Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated (Cas)9 第三代人工核酸內(nèi)切酶（前兩代就是ZFN和TAILEN）。
       （4）人工核酸內(nèi)切酶(engineered endonuclease
      ，EEN)
       Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier重在CRISPR/Cas9技術(shù)的基礎(chǔ)研究，而張峰和George Church在各種人類細(xì)胞中的應(yīng)用方面貢獻(xiàn)較多
      ，其中張鋒對CRISPR/Cas9技術(shù)方面的改進(jìn)也有突出的貢獻(xiàn)。
        Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats（CRISPR） ：是在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的有規(guī)律成簇又帶間隔的短回文序列
      ，可以幫助細(xì)菌抵抗噬菌體的入侵
      ，是細(xì)菌針對噬菌體的獲得性免疫。 CRISPR-Cas系統(tǒng)是原核生物的一種天然免疫系統(tǒng) 
      。某些細(xì)菌在遭到病毒入侵后
      ，能夠把病毒基因的一小段存儲到自身的 DNA 里一個稱為 CRISPR 的存儲空間
      。當(dāng)再次遇到病毒入侵時
      ，細(xì)菌能夠根據(jù)存寫的片段識別病毒
      ，將病毒的DNA切斷而使之失效
      。
       CRISPR locus是由幾個原件構(gòu)成
      ，如下圖：一開始是個反向轉(zhuǎn)錄的RNA
      ，是特異的非編碼RNA
        ，可以和重復(fù)序列部分互補（trancrRNA，橙色矩形）
        ，后面是各種cas基因（箭頭表示）
        ，接著是CRISPR排列（棕色的菱形是重復(fù)序列，彩色的是間隔）
        。而這些間隔序列是細(xì)菌從噬菌體DNA中獲得的遺傳序列：當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌
        ，細(xì)菌激活相關(guān)的cas基因——Cas1
        ，Cas2,和Csn2，將其中新的間隔序列整合到自身的CRISPR arry中。一旦獲得新的間隔序列以后
        ，新的spacer就會出現(xiàn)在pre-crRNA中
        ，此時tracrRNA與不同的SPACER互補
        ，在RNaseIII的作用下
        ，產(chǎn)生crRNA，進(jìn)一步在其他未知的核酸酶的作用
        ，剪切crRNA的5'端， 使得引導(dǎo)序列長為20nt 
        。如果噬菌體注入DNA
        ，那么這個免疫系統(tǒng)將被激活
        ，來干擾剪切噬菌體DNA
        ，起到獲得性免疫作用
        。
       經(jīng)過廣譜檢測
        ，人們發(fā)現(xiàn)了三種主要的CRISPR系統(tǒng)，它們由CRISPR-associated (Cas)基因、非編碼rna和一組獨特的重復(fù)元素(直接重復(fù))組成
      ，而這些重復(fù)序列則由來自外源性DNA靶點(即原間隔體)的短可變序列直接間隔開來
      ；重復(fù)序列+間隔序列=CRISPR RNA (crRNA) array
      。在有DNA靶點的情況下
      ，每一個間隔序列都有一個前間區(qū)序列鄰近基序（PAM——Ⅱ型系統(tǒng)的PAM基序為 5-NGG-3 ）
      。
        II型CRISPR系統(tǒng)是最具特征的系統(tǒng)之一，它由核酸酶Cas9
      、編碼引導(dǎo)rna的crRNA陣列和有助于將crRNA陣列加工成離散單元的所需輔助反式激活crRNA (tracrRNA)組成 
       S. pyogenes亞型II-A Cas9(1368個氨基酸)是基因組工程中研究最多、使用最多的Cas9版本
      。其優(yōu)勢是：氨基酸序列相對較小
      ，方便操作
      ，且只是需要一個DNA內(nèi)切酶Cas9來對與sgRNA20個互補堿基的帶有PAM結(jié)構(gòu)的DNA進(jìn)行剪切。剪切后是DNA產(chǎn)生平末端的DSB（雙鏈斷裂）
      ，然后在進(jìn)行非同源的末端連接(NHEJ)過程中
      ，容易隨機(jī)插入或者刪除或者替換?div   id="4qifd00"   class="flower right">
      ；蛘哌M(jìn)行高保真的同源定向修復(fù)(HDR)，修復(fù)DNA
        。
        CRISPR RNA (crRNA) array，編碼gRNA
        ，再加上tracrRNA
        ，則可達(dá)到定位+編輯的功能 
        ，gRNA用于引導(dǎo)，tracrRNA用于結(jié)合靶點
        。把crRNA和tracrRNA合在一起，成為了single-guide RNA
      ，即 sgRNA ，而通過修改tracrRNA的序列
      ，在理論上可以on-target任何目的靶點。
       這項技術(shù)主要由sgRNA定位到一個基因位點上
      ，由Cas9酶在該位點進(jìn)行DNA雙鏈的切割，切割導(dǎo)致DNA修復(fù)通路的激活
      ，使得其它的堿基加入進(jìn)切割的位點，造成frameshift突變
      ，使得基因無法被表達(dá)成功能性蛋白
      。
       Cas9造成基因不被表達(dá)是由NHEJ修復(fù)通路引起
      ，然而，Cas9造成的DSB并不一定會引發(fā)NHEJ
      ，因為DSB end的堿基并沒有任何損壞
      ，這種end也叫blunt end，很容易再次粘連在一起
      ，此時可以通過外源性同源重組引入Gene drive，或者說blunt end再次粘連在一起
      ，sgRNA也會會再次識別這段序列，然后Cas9會再次切
      ，反復(fù)下去
      ，直到發(fā)生了由NHEJ引導(dǎo)出的突變
      ，sgRNA才不會識別這段序列。
        CRISPR基因序列主要由前導(dǎo)序列（leader）
      、重復(fù)序列（repeat）和間隔序列（spacer）構(gòu)成 
      。
        ①前導(dǎo)序列 ：富含AT堿基
      ，位于CRISPR基因上游
      ， 被認(rèn)為是CRISPR序列的啟動子 
      。
        ②重復(fù)序列 ：長度約20–50 bp堿基且包含5–7 bp回文序列，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可以形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)
      ， 穩(wěn)定RNA的整體二級結(jié)構(gòu) 。
        ③間隔序列 ： 是被細(xì)菌俘獲的外源DNA序列 
      。這就相當(dāng)于細(xì)菌免疫系統(tǒng)的“黑名單”
      ，當(dāng)這些外源遺傳物質(zhì)再次入侵時
      ，CRISPR/Cas系統(tǒng)就會予以精確打擊
      。
      化膿性鏈球菌 Cas9（以下稱為SpyCas9）是大型（1,368個氨基酸）多結(jié)構(gòu)域和多功能DNA核酸內(nèi)切酶。它通過其兩個不同的核酸酶結(jié)構(gòu)域在PAM上游剪接dsDNA 3 bp：一個HNH樣核酸酶結(jié)構(gòu)域
      ，其切割與指導(dǎo)RNA序列互補的DNA鏈（靶鏈），以及一個RuvC樣核酸酶結(jié)構(gòu)域
      ，其負(fù)責(zé)切割DNA
      。與互補鏈相反的鏈（非目標(biāo)鏈）。除了在CRISPR干擾中起關(guān)鍵作用外
      ，Cas9還參與crRNA成熟和間隔區(qū)獲取
      。
       先簡單介紹一下張鋒實驗室的CRISPR DOUBLE NICKASE
       和普通Cas9不同的是
      ，Cas9n (Cas9 Nickase)上有一個D10A的氨基酸突變，這個突變使得Cas9不再導(dǎo)致DNA雙鏈斷裂和NHEJ修復(fù)（一種會引來突變的修復(fù)）
      ，而是會引起單鏈斷裂和BER修復(fù)（一種不會引起突變的修復(fù)），如下圖
       利用Cas9 nickase只能進(jìn)行單鏈剪切的特性
      ，張峰團(tuán)隊想到把兩個Cas9 nickase共同作用在一個基因位點上，使其形成雙鏈斷裂（DSB）
      ，而非特異性結(jié)合則不會引起DSB
      ，這樣就降低了非特異性突變
      。
       Cas9可以對靶基因組進(jìn)行剪切，形成DNA的雙鏈斷裂
      。在通常情況下，細(xì)胞會采用高效的 非同源末端連接 方式（NHEJ）對斷裂的DNA進(jìn)行修復(fù)
      。但是
      ，在修復(fù)過程中通常會發(fā)生堿基插入或缺失的錯配現(xiàn)象
      ，造成移碼突變
      ，（ 移碼突變 ：是指DNA分子由于某位點堿基的缺失或插入，引起閱讀框架變化，造成下游的一系列密碼改變
      ，使原來編碼某種肽鏈的基因變成編碼另一種完全不同的肽鏈序列
      。）使靶標(biāo)基因失去功能，從而實現(xiàn)基因敲除
      。為了提高CRISPR系統(tǒng)的特異性，可將Cas9的一個結(jié)構(gòu)域進(jìn)行突變
      ，形成只能對DNA單鏈進(jìn)行切割造成DNA缺口的Cas9 nickase核酸酶
      。因此想要形成雙鏈斷裂的效果可以設(shè)計兩條sgRNA序列，分別靶向DNA互補的兩條鏈
      ，這樣兩條sgRNA特異性的結(jié)合靶標(biāo)序列
      ，即可形成DNA斷裂
      ，并在修復(fù)過程中通過移碼突變實現(xiàn)基因敲除
       當(dāng)DNA雙鏈斷裂后，如果有DNA修復(fù)模板進(jìn)入到細(xì)胞中
      ，基因組斷裂部分會依據(jù)修復(fù)模板進(jìn)行 同源重組修復(fù) （HDR）
      ，從而實現(xiàn)基因敲入。修復(fù)模板由需要導(dǎo)入的目標(biāo)基因和靶序列上下游的同源性序列（同源臂）組成
      ，同源臂的長度和位置由編輯序列的大小決定。DNA修復(fù)模板可以是線性/雙鏈脫氧核苷酸鏈
      ，也可以是雙鏈DNA質(zhì)粒
      。HDR修復(fù)模式在細(xì)胞中發(fā)生率較低
      ，通常小于10%。為了增加基因敲入的成功率
      ，目前有很多科學(xué)家致力于提高HDR效率，將編輯的細(xì)胞同步至HDR最活躍的細(xì)胞分裂時期
      ，促進(jìn)修復(fù)方式以HDR進(jìn)行
      ；或者利用化學(xué)方法抑制基因進(jìn)行NHEJ
      ，提高HDR的效率
       Cas9的特點是能夠自主結(jié)合和切割目的基因
      ，通過點突變的方式使Cas9的兩個結(jié)構(gòu)域RuvC-和HNH-失去活性，形成的dCas9只能在sgRNA的介導(dǎo)下結(jié)合靶基因
      ，而不具備剪切DNA的功能
      。因此，將dCas9結(jié)合到基因的轉(zhuǎn)錄起始位點
      ，可以阻斷轉(zhuǎn)錄的開始
      ，從而抑制基因表達(dá)
      ；將dCas9結(jié)合到基因的啟動子區(qū)域也可以結(jié)合轉(zhuǎn)錄抑制/活化物，使下游靶基因轉(zhuǎn)錄受到抑制或激活
      。因此dCas9與Cas9
      、Cas9 nickase的不同之處在于
      ，dCas9造成的激活或者抑制是可逆的，并不會對基因組DNA造成永久性的改變
      。
       將多個sgRNA質(zhì)粒轉(zhuǎn)入到細(xì)胞中，可同時對多個基因進(jìn)行編輯
        ，具有基因組功能篩選作用
        。多重編輯的應(yīng)用包括：使用雙Cas9nickases提高基因敲除的準(zhǔn)確率
        、大范圍的基因組缺失及同時編輯不同的基因。通常情況下
        ，一個質(zhì)粒上可以構(gòu)建2～7個不同的sgRNA進(jìn)行多重CRISPR基因編輯
        。
       利用CRISPR-Cas9進(jìn)行基因編輯可以產(chǎn)生大量的基因突變細(xì)胞，因此利用這些突變細(xì)胞可以確認(rèn)表型的變化是否是由基因或者遺傳因素導(dǎo)致的
        。基因組篩選的傳統(tǒng)方法是shRNA技術(shù)
        ，但是shRNA有其局限性：具有很高的脫靶效應(yīng)以及無法抑制全部基因而形成假陰性的結(jié)果。CRISRP-Cas9系統(tǒng)的基因組篩選功能具有高特異性和不可逆性的優(yōu)勢
        ，在基因組篩選中得到了廣泛的應(yīng)用。目前CRISPR的基因組篩選功能應(yīng)用于篩選對表型有調(diào)節(jié)作用的相關(guān)基因
      ，如對化療藥物或者毒素產(chǎn)生抑制的基因、影響腫瘤遷移的基因以及構(gòu)建病毒篩選文庫對潛在基因進(jìn)行大范圍篩選等
      。
      重生細(xì)胞愿望變異在哪
      1 重生細(xì)胞愿望變異的位置在基因組的某個地方。

      2 在我們體內(nèi)的細(xì)胞中
      ，基因組指的是細(xì)胞核內(nèi)所有染色體的DNA分子的總和
      。
      這些DNA分子包含了我們所有的基因
      ，而基因又決定了我們身體的各種特征
      。
      當(dāng)某個基因突變或發(fā)生變異時
      ，就會影響到一些特定的生理功能。
      重生細(xì)胞愿望變異也是一種基因突變
      ，可能是由于某些因素導(dǎo)致基因發(fā)生了變異
      ，使得細(xì)胞的再生和修復(fù)能力發(fā)生了變化。

      3 目前
      ，重生細(xì)胞愿望變異的具體位置和機(jī)制還需要進(jìn)一步的研究和探索
      。
      但是
      ，可以肯定的是
      ，如果我們能夠掌握這種變異的機(jī)制和方法
      ，就有可能利用它來治療許多難以治愈的疾病
        ，這對于人類健康事業(yè)將是一個巨大的進(jìn)步。
      

          
      本文地址:http://m.mcys1996.com/jiankang/139510.html.
      
          
      
                聲明：  我們致力于保護(hù)作者版權(quán)
        ，注重分享
        ，被刊用文章因無法核實真實出處，未能及時與作者取得聯(lián)系
        ，或有版權(quán)異議的
        ，請聯(lián)系管理員，我們會立即處理
        ，本站部分文字與圖片資源來自于網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)載是出于傳遞更多信息之目的,若有來源標(biāo)注錯誤或侵犯了您的合法權(quán)益
        ，請立即通知我們(管理員郵箱：douchuanxin@foxmail.com)
        ，情況屬實
        ，我們會第一時間予以刪除

  
    
      相關(guān)文章
      
        
      
             
                
            
      
                
      
                    
                        
      手出好多小水泡
 
                
            
 
                
            
      
                
      
                    
                        
      芹菜與黃瓜同食好嗎
      
                        
      芹菜與黃瓜同食好嗎芹菜不宜與黃瓜一同食用
      ，這是因為黃瓜中含有維生素C分解酶，這種物質(zhì)會導(dǎo)致芹菜的營養(yǎng)價值降低
      ，但是不會對人體造成不利影響      
 
                
            
 
                
            
 
                
            
      
                
      
                    
                        
      無氧運動是什么,有哪些好處(無氧運動的有什么好處)
      
                              
 
                
            
      
                
      
                    
                        
      寶寶睡覺時驚厥的癥狀,如何預(yù)防小兒驚厥
      
                        
      一
      、寶寶睡覺時驚厥的癥狀有哪些癥狀一：嬰兒在剛?cè)胨瘯r或即將醒時滿頭大汗
      。專家提醒：可以說大多數(shù)嬰兒夜間出汗都是正常的。但如果大汗淋漓
      ，并伴有其他不適的表現(xiàn)，就要注意觀察，加強護(hù)理
 
                
            
 
                
            
      
                
      
                    
                        
      癌痛到底是陣痛還是持續(xù)痛
      ？如何才能緩解
      ？一文科普
      ，不妨看看
      ！
      
                        
      癌痛指的是癌性疼痛，是由于患上各種癌癥
      ，引起了神經(jīng)受壓等問題，從而使患者產(chǎn)生的疼痛現(xiàn)象
      。有很多人認(rèn)為
      ，癌痛屬于陣發(fā)性的疼痛，只要適當(dāng)服用藥物就能夠起到快速止痛的作用
      。但有不少人認(rèn)為，癌痛屬于劇烈且持續(xù)性的疼痛
                
                ，不妨看看
      ！.png" alt="癌痛到底是陣痛還是持續(xù)痛？如何才能緩解？一文科普
      ，不妨看看！" onerror="nofind(this)" >