CRISPR-Cas9的基因编辑
视频来源： McGovern Institute for Brain Research at MIT
字幕翻译：科学视觉
在我们的身体每一个细胞都包含一份我们的基因组,超过20000个基因,30亿个DNA。DNA由两股螺旋组成的双螺旋结构组成，并由简单的配对规则组合在一起。我们的基因决定了我们是个体，还是一个物种。基因对健康也有深远的影响，由于DNA测序的进展，研究人员已经鉴定出数千种影响我们患病风险的基因。为了理解基因是如何工作的，研究人员需要控制它们的方法。改变活细胞的基因并不容易，但最近开发了一种新的方法，它有望极大地提高我们对包括人类在内的任何物种的DNA进行编辑的能力。
CRISPR方法是基于细菌使用的一种自然系统，以保护它们不受病毒感染。当细菌检测到病毒DNA的存在时，它会产生两种类型的短RNA，其中一种含有与入侵病毒相匹配的序列。这两个RNA与一种叫做Cas9的蛋白质组成一个复合物。Cas9核酸酶,一种酶, 这种酶能切断DNA。当被称为导RNA的匹配序列在病毒基因组中找到它的目标时，Cas9就会切断目标DNA，使病毒失效。
在过去的几年中,研究人员意识到它可以改造不仅减少病毒DNA, 通过改变指导RNA与目标相匹配,任何DNA序列精确选择位置都可以切断。这不仅可以在试管中完成，也可以在活细胞的细胞核内完成。一旦进入细胞核，产生的复合物就会锁定在一个称为PAM的短序列上。Cas9将解开DNA，并将其与目标RNA相匹配。如果匹配完成，Cas9将使用两个微小的分子剪刀来切割DNA。
当这种情况发生时，细胞试图修复伤口，但修复过程很容易出错，导致突变，从而使基因失效，使研究人员能够了解它的功能。这些突变是随机的，但有时研究人员需要更精确的，例如，用健康的拷贝替换突变基因。这可以通过添加另一个携带所需序列的DNA来完成。一旦CRISPR系统进行了切割，这个DNA模板就可以与切割端配对，重新组合并将原始序列替换为新版本。
所有这些都可以在培养细胞中完成，包括可以产生多种不同细胞类型的干细胞。它也可以在受精卵中完成，从而允许有目标突变的转基因动物的诞生。和以前的方法不同,CRISPR可用于同时针对很多基因, 这对研究复杂的人类疾病是一大优势, 复杂疾病不是单一突变引起的, 而是由许多基因共同作用。这些方法正在迅速得到改善，将在基础研究、药物开发、农业以及可能最终用于治疗人类遗传病患者方面有许多应用。
