【前瞻研究院】2024年中国基因编辑技术发展趋势分析 CRISPR/Cas优势明显【组图】.pdf

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本文核心数据:ZFNs技术;TALENs技术;CRISPR-Cas技术;基因编辑技术发展趋势

——第一代基因编辑技术:ZFNs技术

ZFNs(锌指核酸酶)技术是第一代基因组编辑技术,其功能的实现是基于具有独特的DNA序列识别的锌指蛋白(ZFP)发展起来的。ZFN是一种人工改造的核酸内切酶,由两部分组成,包括一个DNA结合域和一个非特异性核酸内切酶。其工作原理是DNA结合域与特定DNA结构结合,与之相连的非特异性核酸内切酶随之发挥剪切作用,在结合位点产生断裂,促进同源重组,提高定点突变和置换频率。当ZFN进行DNA定点切割时,如果存在一个具有一定同源性DNA为模板,则可以根据模板复制实现DNA定点置换,当不存在模板时,ZFN进行基因组DNA定点剪切则产生非同源末端连接,引发基因定点突变。


——第二代基因编辑技术:TALENs技术

TALENs(转录激活因子效应物)是继ZFNs之后的另一种较为灵活和高效的靶向编辑技术,TALENs在结构上与ZFNs类似,是由特异性的DNA结合蛋白-TALE蛋白和FokⅠ核酸酶两部分组成。TALE蛋白是植物病原体-黄单胞菌分泌的一种转录激活因子效应物,是一类分泌蛋白,在植物细胞中能够特异性地识别并结合寄主靶基因的序列,从而调控寄主的基因表达。进行基因编辑时,两个TALE蛋白识别和结合DNA靶位点,FokⅠ核酸酶负责对靶DNA进行切割,从而造成DNA的DSBs,诱发细胞的DNA损伤修复机制,从而实现对基因组靶位点的编辑。


——第三代基因编辑技术:CRISPR-Cas技术

CRISPR-Cas技术是基于原核生物(细菌和古生菌)一种免疫系统而开发的,称之为Clustered regularly interspaced short palindro- mic repeats-CRISPR-associated proteins(规律成簇间隔短回文重复及其相关蛋白),简称CRISPR-Cas系统。由于该技术合成简单、周期短、操作灵活、效率高等优点,目前备受人们关注。


——三种基因编辑技术的比较:CRISPR/Cas的优势明显

作为革命性的基因编辑技术,CRISPR/Cas的优势非常明显,相较于ZFNs和TALENs,CRISPR/Cas的设计难度和构建难度都要小的多,成本更低,开发周期更短,靶向修饰效率更高,此外CRISPR/Cas还具有可以多靶点编辑和可以编辑RNA的优势,这是前两种技术所不具备的。


——基因编辑技术发展趋势

基因编辑技术发展趋势首先为ZFNs和TALENs不断降低成本,缩短开发周期;其次为CRISPR基因编辑不受PAM限制,实现任意基因组位点编辑;最后为克服脱靶率。

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