什么事基因编辑呢 基因编辑技术有什么具体应用领域

2019-01-17
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文章简介:基因组编辑技术(genome editing)是一种可以在基因组水平上对DNA序列进行改造的遗传操作技术.这种技术的原理是构建一个人工内切酶,在预定的基因组位置

基因组编辑技术(genome editing)是一种可以在基因组水平上对DNA序列进行改造的遗传操作技术。这种技术的原理是构建一个人工内切酶,在预定的基因组位置切断DNA,切断的DNA在被细胞内的DNA修复系统修复过程中会产生突变,从而达到定点改造基因组的目的。DNA修复系统主要通过两种途径修复DNA双链断裂(double-strand break,DSB),即非同源末端连接(Nonhomologous end joining, NHEJ)和同源重组(homologous recombination, HR)。通过这两种修复途径,基因组编辑技术可以实现三种基因组改造的目的,即基因敲除,特异突变的引入和定点转基因

1)基因敲除:如果想使某个基因的功能丧失,可以在这个基因上产生DSB,NHEJ修复的过程中往往会产生DNA的插入或删除(indel),造成移码突变,从而实现基因敲除。

2)特异突变引入:如果想把某个特异的突变引入到基因组上,需要通过同源重组来实现,这时候要提供一个含有特异突变同源模版。正常情况下同源重组效率非常低,而在这个位点产生DSB会极大的提高重组效率,从而实现特异突变的引入。

3)定点转基因:与特异突变引入的原理一样,在同源模版中间加入一个转基因,这个转基因在DSB修复过程中会被拷贝到基因组中,从而实现定点转基因。通过定点转基因的方法可以把基因插入到人的基因组AAVS1位点,这个位点是一个开放位点,支持转基因长期稳定的表达,破坏这个位点对细胞没有不良影响,因此被广泛利用。

1)基因敲除:如果想使某个基因的功能丧失,可以在这个基因上产生DSB,NHEJ修复的过程中往往会产生DNA的插入或删除(indel),造成移码突变,从而实现基因敲除。

2)特异突变引入:如果想把某个特异的突变引入到基因组上,需要通过同源重组来实现,这时候要提供一个含有特异突变同源模版。正常情况下同源重组效率非常低,而在这个位点产生DSB会极大的提高重组效率,从而实现特异突变的引入。

3)定点转基因:与特异突变引入的原理一样,在同源模版中间加入一个转基因,这个转基因在DSB修复过程中会被拷贝到基因组中,从而实现定点转基因。通过定点转基因的方法可以把基因插入到人的基因组AAVS1位点,这个位点是一个开放位点,支持转基因长期稳定的表达,破坏这个位点对细胞没有不良影响,因此被广泛利用。

人类基因组计划(HGP )与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划一起被称为二十世纪三大科学工程。它同时将贯穿于整个21世纪,被认为是21世纪最伟大的科学工程。

基因研究把一种疾病状态与一种或几种基因相对应起来研究的线性思维模式,并不能真实地阐明疾病发生发展的基因机理。

主要原因有二:

一是人类基因组所蕴含的约10万个基因迄今只有大约1 / 10被克隆和确定,对于复杂疾病相关的基因可能只知道一部分,按照线性思维模式去研究基因,永远是小作坊式和零敲碎打式的状态,不可能从“整体”上搞清疾病的基因机理。

二是疾病相关基因是通过其相互作用(即时空网络作用)参与疾病发生发展过程的,零敲碎打式研究不可能全面了解基因的网络作用。因此,诺贝尔奖获得者杜伯克首先提出应当从观念上改变零敲碎打模式,提倡“整体式”研究模式 ——即基因组研究模式。

只有先把人类基因组搞清楚,一切问题才有可能迎刃而解。美国国会遂于1990年10月1日批准正式启动HGP,为期15年。由于人类基因组的顺利进展,在人类基因的测序和研发过程中引发了基因技术的重大革新和革命,从而把现代生命科学推向一个崭新的阶段。

主要功能

人类基因组计划的目的是要破译出基因密码并将其序列化制成研究蓝本,从而对诊断病症和研究治疗提供巨大帮助。那时候我们不仅可以看到癌症、艾滋病等绝症被攻克,人类可以通过基因克隆复制器官和无性繁殖;基因诊断和改动技术可以使人类后代不再受遗传病的影响。那时候人类将进入药物个性化时代,而且人类的生命也将延长。正是由于以下这些新技术和新领域的不断出现和日新月异,人类在新世纪的生存和生活方式发生重大变化:

应用领域

基因检定

通过遗传标记的检验与分析来判断父母与子女是否亲生关系,称之为亲子试验或亲子鉴定。DNA是人体遗传的基本载体,人类的染色体是由DNA构成的,每个人体细胞有23对(46条)成对的染色体,其分别来自父亲和母亲。夫妻之间各自提供的23条染色体,在受精后相互配对,构成了23对(46条)孩子的染色体。如此循环往复构成生命的延续。

基因制药

发现新药物作用靶位和受体是非常昂贵和漫长的,科学家只是依赖试错法来实现其药物研究和开发的目标。人类基因组研究计划完成后将削弱试错法在药物研究和开发中的突出地位,进而科学家可以直接根据基因组研究成果(确定靶位和受体)设计药物。这将大大缩短药物研制时间和大大降低药物研制费用,从而从整体上动摇人类制药工业的现状,使药物的开发研究过度到基因制药阶段。随着人类基因组计划的深入,一个大规模制药阶段已经来临。已有500 个基因用于药物开发,到HGP完成时,这一数目将增加6到20倍,达到3000-10000个。

首先从行业分布上来看,国内上述几类基因工程产品的市场格局大致呈现如下的状况:

重组类药物

市场上常用的胰岛素、水蛭素、降钙素等产品是通过提取或化学合成的方法获得的,因此在这方面国内外的企业和研究机构都还有相当多的工作可以做。当前,有许多院校和研究机构已在这方面取得了一定的进展,拿到了目的基因并在实验室构建了表达载体,但在表达量及分离纯化方面还有待突破。通化东宝宣布已获卫生部许可利用基因工程技术生产胰岛素,可见部分重组类药物的产业化生产已不再遥远,国内在这方面与国外的差距还不算大,是一个大有可为的新领域。