基因编辑和转基因生物

最近,随着媒体上有关这种方法的文章越来越多,基因编辑受到了广泛的关注。在这篇文章中,我’图11提供了该方法的非常高级的概述(请注意,为简单起见,将省略许多分子和酶)。这里的大多数信息来自2014年的一篇题为“用于基因组工程的CRISPR-Cas9的开发和应用”来自《 Cell》杂志(不幸的是在付费专栏后面)。
可以想象,基因编辑有点圣杯。对于许多临床医生/医生来说,消除不希望有的DNA突变将是一个梦想。但是除了擦除我们所做的事情以外,还有许多其他应用程序’不想。我们可以引入我们想要的变体:创建疾病的动物模型,开发具有所需性状的农作物等。
当前使用的基因组工程方法,特别是在哺乳动物细胞中,是困难且效率低下的。这导致科学家们寻找可编程的基因编辑技术,其中最有前途的是CRISPR-Cas9系统。 Cas9是一种核酸内切酶,一种可以切割DNA两条链的酶’的双螺旋。某些核酸内切酶是随机的,沿DNA的长度切割。实际上,研究DNA的科学家最担心的问题之一就是核酸酶污染,这种污染会使样品变成DNA尘埃。其他核酸内切酶,例如 限制酶, 搜索 for a specific DNA sequence and cut at that site. However, the sequences appear multiple times in a genome, so cutting one specific location with a restriction enzyme is not an option.
与限制酶不同,细菌Cas9可以在特定位点切割,并且可以指定切割的DNA序列。 Cas9与CRISPR系统相关联,该系统使用一小段RNA引导Cas9到达其靶标。实际上,这小段RNA通常编码病毒(噬菌体)序列。 Cas9搜索病毒序列,然后对其进行破解,这就是为什么CRISPR系统是细菌的一部分的原因’的抗病毒防御机制。但是,引导Cas9的一小段RNA可以被研究人员的序列所取代’的选择。系统的一部分’这样做的好处是您可以提供多个引导分子,这意味着您可以根据需要引导系统切割多个位置。系统 可以是特定的  在它切割的DNA序列中 这张纸 重点是,目标外的编辑可能会发生并且是正在进行的研究领域。
CRISPR系统有多种激活机制,经过多年的研究,就试图找到可编程的基因编辑系统而言,CRISPR-Cas9机制被认为是最有前途的机制。到2013年,研究人员成功地从两种细菌构建了CRISPR系统,包括 用来做酸奶的那个,以编辑哺乳动物细胞中的基因。
到目前为止,我’ve描述了如何将系统剪切到您希望剪切的位置。但是那又怎样呢?如果您认为编辑是删除一些’的不正确并输入其他内容,您将如何获得“what’s right” or “what you want” into the genome?
一旦DNA被切割,细胞’的自然修复机制开始起作用,可能会发生以下两种情况之一(请参见下图):

  1. DNA链的两个松散末端再次粘合在一起。该机制易于出错,但易于使用,因此如果您的目标是创建一种不’功能或将其完全删除,这可能是可行的方法。这个过程称为 非同源末端连接.
  2. 断裂被酶检测到,这些酶环顾四周以寻找合适的模板来填补缺口。如果该模板是人为提供的,则其序列将被复制。研究人员提供的模板可以包含所需序列,其他序列等。此过程称为同源性定向修复。

CRISPR-Cas9 基因编辑机制。 CRISPR-Cas9 系统在基因组中的特定位点切割DNA。切口末端通过非同源末端连接或同源性定向修复进行修复。图片由Layla Katiraee提供。

CRISPR-Cas9 也可以进行修饰,以便“search”系统的功能保持不变,但是切割功能被禁用。因此,研究人员可以创建一个复杂的系统,将其选择的酶引导至特定区域。例如,Cas9可以进行荧光标记/标记,因此研究人员可以可视化所研究DNA序列的位置。
在阅读本文时,我丈夫问我们是否可以写一部电影剧本,其中恶棍撒上Cas9以及英雄特有的DNA’英雄的基因组’谷物。这将是完美的犯罪吗? CRISPR-Cas9 会成为英雄吗’一个人并破解他的DNA?很不幸的是,不行。我们的DNA在我们细胞的细胞核内’非常方便。此外,CRISPR-Cas9仅存在于细菌中。并非将CRISPR-Cas9系统带入细胞核’如此简单,需要一些花哨的实验室工作。
到目前为止,那里’市场上还没有使用基因编辑技术开发出任何医学疗法。同样,那里’市场上没有使用CRISPR-Cas9设计的农作物。但是,研究表明,可以使用该系统修改农作物( 苗等  提供了在大米中使用CRISPR-Cas9成功进行基因编辑的示例)。因此,许多人怀疑通过基因编辑产生的农作物是否会被视为转基因生物。
目前称为转基因生物或转基因生物的是转基因作物,这意味着来自不同物种的基因已被添加到其基因组中。但是对于使用CRISPR-Cas9修饰的农作物,’从那里开始编辑。从技术上讲,没有添加其他物种的任何东西。那么,监管机构将如何对这些农作物进行分类?
最近的论文  基因组编辑的监管不确定性 提供了有关监管问题的摘要。休·琼斯(Huw Jones)描述了美国农业部(USDA)如何得出结论,即如果您无法将编辑与自然发生的突变区分开,则它’不是转基因生物。此外,如果使用细胞删除了基因’自己的修复机制(例如非同源末端连接的情况),’也不是转基因生物。有趣的是,该论文指出,美国农业部已放弃了使用基因编辑产生的两种农作物的法规,因为它们属于这些类别。
琼斯指出,欧盟尚未决定如何对这些农作物进行分类,因为他们认为,如果“它的改变方式不会因交配和/或自然重组而自然发生”(尽管通过诱变产生的农作物在欧盟中不受监管)。琼斯总结了两个要点:

  1. 如果欧盟’转基因生物的定义最终与美国农业部保持一致’例如,由于没有简单的方法可以检测出这些农作物是否是基因编辑的产物,因此很难对这些农作物进行进口管理。
  2. 如果欧盟’转基因生物的定义最终与美国农业部保持一致’那么,通过监管障碍获得农作物的成本将把这些植物的开发限制于大型生物技术公司,并扼杀创新。换句话说,如果您希望孟山都公司,先正达公司等人以外的人生产转基因作物,则不应将这些作物视为转基因生物。

我觉得在那里’在该系统中具有巨大的潜力和希望,并认为它可以像过去的转基因和诱变一样,成为作物改良的有价值的工具。一世’希望我的手指交叉,希望基因编辑最终能实现我长期以来对可剥石榴的珍惜梦想!

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