首份CRISPR基因編輯的蔬菜大餐,你敢吃嗎？

首份CRISPR基因編輯的蔬菜大餐,你敢吃嗎？

2016年09月10日訊 在2014年8月13日，發(fā)表在Cell子刊《Trends in Biotechnology》的一項研究稱，基因組精確編輯技術(shù)的最新研究進展，增加了這樣一種可能性：不需要引入外源基因，就可以對水果和其他作物進行遺傳改良。

以快捷、簡易且經(jīng)濟而著稱的CRISPR技術(shù)，正在農(nóng)業(yè)界引爆一場變革--多家公司已開始爭相種植基因編輯作物，以期這些農(nóng)作物最終能夠進入市場。

最近，通過“基因剪刀”CRISPR-Cas9修飾的轉(zhuǎn)基因蔬菜已經(jīng)收獲并被烹飪，這可能是有史以來第一頓用基因編輯蔬菜烹制的大餐。瑞典于默奧大學（Ume? University）的植物細胞與分子生物學教授Stefan Jansson，向電臺展示了用“CRISPRy”蔬菜烹制的意大利面。雖然這頓飯只夠兩個人吃，但它仍然向著“未來科學可以更好地為世界各地的農(nóng)民和消費者提供健康、美麗和耐寒的植物”，邁出了重要的第一步。

CRISPR-Cas9是一個復雜的名字，但是這項技術(shù)能夠容易地改變一個生物體的基因。這一決定性的發(fā)現(xiàn)由于默奧大學的研究人員發(fā)表在2012年，科學家預測，這把“遺傳工程的瑞士軍刀”可能會改變世界。有了CRISPR-Cas9技術(shù)，研究人員就可以將生物體基因組中存在的數(shù)十億個“字母”進行替換（例如，由DNA組成的整個基因庫），或去除短的片段，就像你在文字處理器上編輯文字一樣。這一技術(shù)被稱為“基因編輯”或“基因組編輯”。

CRISPR的第一個臨床應用正在進行中；也許我們可以很快使用這種技術(shù)，來治愈遺傳性疾病。然而，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的情況則有所不同。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，問題不在于研究人員是否可以培育出某些作物，從而導致更加可持續(xù)發(fā)展的土地管理，而是，這些作物是否將被允許用于農(nóng)業(yè)種植。利用CRISPR-Cas9進行基因組編輯的作物，是否應該受到轉(zhuǎn)基因立法的調(diào)控呢？如果受轉(zhuǎn)基因立法調(diào)控，那么它們在世界各地的種植就是非法的。如果不受轉(zhuǎn)基因立法調(diào)控，它們就會像其他植物一樣，農(nóng)民可以根據(jù)自己的判斷進行種植。

歐盟（EU）一直回避回答這個問題，但在2015年十一月，瑞典農(nóng)業(yè)委員會解釋了相關(guān)法律，如果只有一部分DNA已被刪除，并沒有“外源DNA”被插入，那么它就不被視為一種轉(zhuǎn)基因生物（GMO）。這也意味著，即便沒有事先許可，這些作物也可以種植。在2016年春季，美國當局表示他們同意這一說法。正在討論的生物是一種蘑菇，其失去了一部分DNA，這部分DNA能使它變成棕色。這開辟了“未來利用該技術(shù)來培育植物”的新局面。

這個夏天，使用CRISPR-Cas9進行基因編輯的植物--以一種不會將植物分類為GMO的方式，已經(jīng)獲準在實驗室外面栽培。這在歐洲絕對是第一次，即使在世界其他地方有種植，也是保密的。這一次，瑞典廣播電臺園藝節(jié)目“Odla med P1”參加了一種圓白菜的作物收割，從而帶來了可能是有史以來第一頓CRISPR-Cas9基因組編輯蔬菜烹制的大餐。

植物科學家Stefan Jansson說：“正在討論的CRISPR蔬菜，生長在于瑞典北部默奧大學外面花園的一個托盤里，既不是特別的與眾不同，也不比其他什么蔬菜更漂亮?！钡鼈兇砹宿r(nóng)業(yè)的一個新階段，在這個階段，科學進步將在新的植物物種中實現(xiàn)，到一個小或大的程度時，將提供給世界各地的農(nóng)民。

新手指南：如何設(shè)計CRISPR實驗進行基因組編輯

十年前，當研究人員開始解析細菌和古細菌中一個稱為 CRISPR 結(jié)構(gòu)的時候，他們并沒有預料到這會給基因編輯世界帶來一場風暴。在過去的這一年半時間里，CRISPR 方法已迅速席卷了整個動物王國，成為 DNA 突變和編輯的一種“馬上”技術(shù)——迄今為止在幾乎每種實驗細胞類型中都能起作用，包括人類細胞，小鼠，斑馬魚和果蠅細胞；這種技術(shù)也易于操作，已經(jīng)有兩個研究組利用 CRISPR 分析了人類細胞中幾乎每個基因單突變（詳細報道 Science：CRISPR/Cas9加速基因挖掘；Science：張峰建立CRISPR/Cas9人細胞敲除體系）。就在最近，CRISPR 還幫助研究人員完成了攜帶特殊基因中斷（gene disruptions）的工程猴，這項壯舉此前曾在小鼠中實現(xiàn)過，但未在靈長類動物中完成過（詳細報道 Cell：中國科學家利用CRISPR/Cas9技術(shù)構(gòu)建基因工程猴）。 CRISPR 本身是一種防御系統(tǒng)，用以保護細菌和古細菌細胞不受病毒的侵害。在這些生物基因組中的 CRISPR 位點能表達與入侵病毒基因組序列相匹配的小分子 RNA。當微生物感染了這些病毒中的一種，CRISPR RNA 就能通過互補序列結(jié)合病毒基因組，并表達 CRISPR 相關(guān)酶，也就是 Cas，這些酶都是核酸酶，能切割病毒 DNA，阻止病毒完成其功能。 將 CRISPR/Cas 系統(tǒng)用于其它非細菌細胞需要滿足兩個條件：一個 Cas 酶，用于切斷靶標 DNA，比如目的基因中的 DNA 片段，另外一個就是稱為導向 RNA （gRNA）的 RNA 分子，這種分子能通過互補結(jié)合靶標。gRNA 也就是細菌細胞中 CRISPR RNA 的一個更短的版本，它能與 Cas 形成復合物，指導 Cas 到達正確的剪切位點。不過研究人員也可以通過結(jié)合其它元件，或者改變 Cas 活性，來調(diào)整這種工具在基因校正和基因調(diào)控方面的作用。 “目前，非傳統(tǒng)基因編輯應用方面的生物學家利用一種新工具，分析細胞中，和整個生物機體中突變的作用”，來自加州大學伯克利分校的生物化學教授Jennifer Doudna 表示，她與她的同事解析了細菌細胞中 CRISPR 的作用機制。近期，Doudna 研究組利用這種工具，首次通過小鼠受精卵基因編輯構(gòu)建了敲除小鼠。 不過 CRISPR 技術(shù)也存在一個主要的缺點，那就是缺乏特異性：一些 gRNA 分子結(jié)合的 DNA 只是部分與 gRN 互補。在這一方面，其它基因編輯方法，如鋅指核酸酶（ZFN）和 TALENS 可能要比 Cas - gRNA 更為具有優(yōu)勢，因為這兩者需要識別更長的靶標 DNA 序列。但是 ZFN 和 TALENS 方法在克隆和細胞表達方面要比 gRNA 難得多，而且研究人員通常還需要驗證十幾個不同的 TALENS，以及幾十個不同的 ZFNs，來證明其中一個有效。 近期《科學家》（The Scientist）雜志匯總了基因編輯過程中 Cas 和 gRNA 的處理過程及解決方案，用于幫助新接觸這一技術(shù)的研究人員熟悉這項熱門技術(shù)。 如何 CRISPR 我的靶標？由于 CRISPR 系統(tǒng)并不復雜，因此我們所要做的就是將帶有質(zhì)粒（能表達 Cas 和 gRNA）的細胞進行轉(zhuǎn)染。研究人員可以采用一種 Cas 的變體，即 Cas9，這種酶來自于一種鏈球菌，由 RNA 進行指引，能無需其他蛋白的幫助而切割 DNA （Science, 337:816-21, 2012）。Cas9 既能切斷與 gRNA 結(jié)合的 DNA 鏈，也能切斷其互補鏈。目前可以從 Addgene 購買 Cas9 質(zhì)粒（65 美元），將其直接轉(zhuǎn)染入細胞。

如何看待中國科學家基因編輯人類胚胎引起的爭議

　　1. 如何看待這次基因編輯人類胚胎這個工作？
　　首先這個工作從技術(shù)原理上來說沒有什么突破。
　　crispr這個蛋白在2002年被發(fā)現(xiàn)，而由于2012年在《科學》雜志上發(fā)表的一篇文章(1)而開始大紅大紫，且形成了一定會得諾貝爾獎的技術(shù)：crispr-cas9。它的原理簡單來說，可以看作剪切DNA的一把“剪刀”。它可以在DNA的特定位置上剪一個缺口，這個里面有兩個非常重要的特點，一個是在特定位置剪，另一個是能形成缺口，所有的對這個技術(shù)的應用和后續(xù)文章都是利用這兩個特性。這篇文章中的修復DNA簡單來說就是將基因組的對應位置剪開，然后用一段好的DNA把之前錯誤的DNA給替換掉。
　　以前也有一些DNA操作的“剪刀”，但剪起來非常復雜，而這次的“剪刀”太方便了，導致實驗門檻大大降低。以前這個基因操作非常困難，代價也很大。所以很長一段時間實驗用的基因操作過的動物實驗室都傾向于找做過的實驗室去要而不是自己做。
　　而現(xiàn)在基本上只要一個掌握完善細胞、分子操作的實驗室就可以完成這個工作，這個技術(shù)讓基因操作平民化了。
　　這個從2012年開始發(fā)展的技術(shù)經(jīng)過了幾年發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)相對完善了，從13年開始就不斷有文章對各種動物植物的細胞進行編輯。2014年猴子的胚胎也能夠編輯并能夠生出基因編輯過的猴子。(2)而人的細胞的編輯甚至胚胎干細胞的編輯也實現(xiàn)了。(3)因此可以說，對人胚胎的操作從技術(shù)上來說并不難。所以這片文章也確實做到了。
　　這篇文章做的不好的地方是沒有嘗試更好地去解決問題，只是想發(fā)個大新聞（笑）。這篇文章目的是想修復人胚胎里的錯誤DNA導致的遺傳性疾病。
　　之前說crispr-cas9其實有一個問題，就是這個“剪刀”去剪基因組的時候會剪錯地方，形成“脫靶效應”，這個是需要避免的。文章中發(fā)現(xiàn)他們的實驗存在比較高的，然后就下了這么個結(jié)論，而不是想著如何對能夠真的去修復這樣一個疾病。這其實是可以優(yōu)化的，而且之前已經(jīng)有文獻介紹了一些方法來抑制(4)。而且對于脫靶效應的檢測如果真的嚴謹?shù)脑掃€是需要做全基因組測序而不是文章中用的外顯子測序，這樣才能比較全面評估。

crispr cas9怎么達到基因敲除的

近日，中國科學家利用基因編輯技術(shù)——CRISPR/Cas9，對抑制狗骨骼肌生長的基因（MSTN）進行了敲除，培育出兩只肌肉發(fā)達的“大力神”狗，成功構(gòu)建了世界首個基因敲除狗模型。

科研人員所使用的“基因編輯技術(shù)”，顧名思義，能夠讓人類對目標基因進行“編輯”，實現(xiàn)對特定DNA片段的敲除、加入等。而CRISPR/Cas9技術(shù)自問世以來，就有著其它基因編輯技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢，技術(shù)不斷改進后，更被認為能夠在活細胞中最有效、最便捷地“編輯”任何基因。

一、與諾獎“擦肩而過”的CRISPR/Cas9技術(shù)

這不是CRISPR/Cas9這項明星技術(shù)第一次得到人們的關(guān)注。在此之前，有著“豪華版”諾獎之稱的“2015年度生命科學突破獎”頒發(fā)給了發(fā)現(xiàn)基因組編輯工具“CRISPR/Cas9”的兩位美女科學家——珍妮弗·杜德娜和艾曼紐·夏邦杰。二人更是獲得了2015年度化學領(lǐng)域的引文桂冠獎——素有諾獎“風向標”之稱，曾被認為是今年諾貝爾化學獎的最有力競爭者。

那CRISPR/Cas9到底是一項什么技術(shù)，為何能夠獲得如此這般青睞，又何以在短短兩三年時間內(nèi)，發(fā)展成為生物學領(lǐng)域最炙手可熱的研究工具之一，并有近700篇相關(guān)論文發(fā)表？它將來又會如何影響到我們的生活？

CRISPR/Cas9是繼“鋅指核酸內(nèi)切酶（ZFN）”、“類轉(zhuǎn)錄激活因子效應物核酸酶（TALEN）”之后出現(xiàn)的第三代“基因組定點編輯技術(shù)”。與前兩代技術(shù)相比，其成本低、制作簡便、快捷高效的優(yōu)點，讓它迅速風靡于世界各地的實驗室，成為科研、醫(yī)療等領(lǐng)域的有效工具。

本文地址:http://www.soujuw.cn/jiankang/299355.html.

聲明： 我們致力于保護作者版權(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：602607956@qq.com)，情況屬實，我們會第一時間予以刪除，并同時向您表示歉意,謝謝!

上一篇: 自然—通訊：假裝體型更大也是好事一樁

下一篇: 減肥手術(shù)，也許不僅僅是減肥