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一文详解5种基因编辑技术的原理及应用

2024-04-30 10:08:56
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基因编辑是指对基因组进行定点修饰的一项新技术。随着科学技术的发展,基因编辑技术也变得更加丰富,今天我们就一起来了解一下目前出现的5种基因编辑技术吧!

一、五种基因编辑技术概述:

(1)ZFN技术

原理:ZFN由锌指蛋白(ZFP)和Fokl核酸内切酶组成。其中,由ZFP构成的DNA识别域能识别特异位点并与之结合,而由Fokl构成的切割域能执行剪切功能,两者结合可使靶位点的双链DNA断裂(DSB)。

应用:可用于基因的敲除失活,也可用于导入目标基因,使基因激活或阻断,或者人为改造基因序列。

(2)TALEN技术

原理:通过DNA识别模块将TALEN元件靶向特异性的DNA位点并结合,然后在FokI核酸酶的作用下完成特定位点的剪切,并借助于细胞内固有的同源定向修复(HDR)或NHEJ修复过程完成特定序列的插入(或倒置)、删除及基因融合。

应用:主要用于酵母、动植物细胞等细胞水平基因组改造,以及拟南芥、果蝇、斑马鱼及小鼠等各类模式研究系统。

(3)CRISPR/Cas9技术

原理:CRISPR/Cas9系统由Cas9核酸内切酶与SgRNA构成,转录的SgRNA折叠成特定的三维结构后与Cas9蛋白形成复合体,指导Cas9核酸内切酶识别特定靶标位点在PAM序列上游处切割DNA造成双链DNA断裂,并启动DNA损伤修复机制。

应用:可用于任意基因的编辑改造,如基因敲除、敲入、定点突变等。

(4)NgAgo-gDNA技术

原理:一种以DNA作为引导工具的基因编辑技术。其工作原理与CRISPR-Cas9技术有些类似,是在引导工具的引导下,令核酸酶对特定位点的基因序列进行切割,从而进行基因编辑。

应用:可以作为DNA引导的内切核糖核酸酶发挥作用以靶向方式切割RNA。

(5)ABE/CBE碱基编辑技术

原理:碱基编辑技术可以细分为CBE与ABE技术。两者都是依托于CRISPR的DNA定位能力,将C碱基脱氨酶或A碱基脱氨酶定位到基因组的特定位置,催化特定位置的C或A进行脱氨反应,转变为U或1,然后在DNA复制的过程中被当作T或G,实现C到T或A到G的转换。

应用:能够高效、精准地诱导DNA和RNA中碱基的替换。

二、三大主流基因编辑技术的比较

(1)相同点

结构的相似性:无论是ZFN、TALEN还是CRISPR/Cas9,都是由DNA识别域和核酸内切酶两部分组成。其中ZFN技术具有锌指结构域能够识别靶点DNA,而TALEN的DNA识别区域是重复可变双残基的重复,DNA剪切区域都是一种名为Fokl的核酸内切酶结构域。CRISPR的DNA识别区域是CrRNA或向导RNA,Cas9蛋白负责DNA的剪切。当DNA结合域识别靶点DNA序列后,核酸内切酶或Cas9蛋白将DNA剪切,靶DNA双链断裂,再启动DNA损伤修复机制,实现基因敲除、插入等。

作用过程的相似性:通过DNA识别模块对特异性的DNA位点识别并结合,然后在相关核酸内切酶的作用下完成特定位点的剪切,从而借助于细胞内固有的HDR(同源定向修复)或NHEJ(非同源末端连接)途径修复过程完成特定序列的插入、删除及基因融合。

(2)不同点

基因编辑

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