作者:徐鑫 来源:中国科学报 发布时间:2013-4-10
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巧夺天工的基因组“编辑术”
 
在Word文档里的修改和替换很是便捷。大自然用DNA书写自己的作品,要怎样修改呢?
 
比如,由于环境的改变,携带不同DNA序列的个体面临严峻的生存挑战,那些含有不适应环境DNA的个体就会被淘汰,相当于被选中和删除;那些含有适应环境的DNA的个体则幸存下来,并且替换那些含有不利DNA的个体。
 
大自然是最耐心的艺术家。选中、删除、替换……因为这个过程针对携带DNA的生命体,所以要经数年累月才能完成DNA的编辑。
 
人类可没那么有耐性,一万年太久,只争朝夕,哪有时间等大自然的慢工细活呢?所以人工的DNA编辑技术应运而生。目前有3种DNA编辑技术:锌指蛋白技术(ZFNs)、转录激活子样的核酸酶技术(TALENs)和基于CRISPR/Cas的编辑技术。这3种技术如何实现选中、删除和替换呢?
 
先说选中。锌指蛋白利用人工设计的锌指结构域来识别特异的DNA序列。因为锌指蛋白是哺乳动物中一种非常丰富多彩的蛋白,有广泛的识别序列,因此通过设计锌指蛋白,可以选中基因组数亿碱基中的任何一段。TALENs是用一种不同于锌指蛋白的DNA结合蛋白来识别基因组序列的。CRISPR/Cas则直接用和目标DNA序列相似的RNA来靶定基因组序列。因为用RNA来识别DNA,CRISPR/Cas同锌指蛋白和TALENs技术这些用蛋白质识别DNA技术相比,在设计上更简单。
 
再说删除。锌指蛋白和TALENs都是用限制性核酸内切酶FokI来切掉目标DNA,CRISPR/Cas则用Cas蛋白降解DNA。
 
最后是替换。这个很简单,细胞中的DNA损伤修复系统有自动修复DNA的倾向,会自动寻找和损伤部位序列相似的DNA,进行修复。所以只要在删除DNA的同时,加上一段相似的供体DNA(在此供体DNA上你可以做任何想做的手脚)。比如换几个碱基,细胞立马就把这个经过修改的DNA换上了。
 
大自然要千百万年才能完成的工作,现在人们能在几周之内完成,从这个角度讲,只能用一个词来形容基因组编辑:巧夺天工。(徐鑫)
 
《中国科学报》 (2013-04-10 第6版 生物)
 
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