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    基因編輯如何創(chuàng )造奇跡: GRISPR/Cas9系統

    基因編輯如何創(chuàng  )造奇跡: GRISPR/Cas9系統

    2015年11月5日英國包括<<每日郵報>>、 <<鏡報>>在內的多家報紙報道了世界上首例嬰兒白血病患者被成功治愈的奇跡。去年6月,可愛(ài)的Layla Richards 誕生于倫敦的北部,然而三個(gè)月后,Layla開(kāi)始患病,醫生通過(guò)血液檢測將其確診為急性淋巴白血病患者。疾病確診后,Layla 接受了化療,骨髓移植等傳統治療方法,但不幸的是這些治療方法對于Layla的病情緩解并沒(méi)有幫助。在醫生宣布了Layla的治療無(wú)望后,Layla的父母卻并沒(méi)有放棄。相反,他們允許倫敦Great Ormond Street醫院的醫生采用德國生物技術(shù)公司Cellectis開(kāi)創(chuàng )的細胞治療方法治療Layla。事實(shí)上這種方法尚沒(méi)有應用在臨床,之前僅在老鼠身上做過(guò)測試。今年6月份,醫生將1毫升基因編輯過(guò)的5000萬(wàn)個(gè)細胞注入了Layla的體內。奇跡發(fā)生了,幾周后Layla 開(kāi)始出現好轉的跡象,如今檢測結果發(fā)現Layla身體內的癌細胞已經(jīng)完全消失了。

    基因編輯技術(shù)如何創(chuàng )造奇跡?

    那么醫生具體是怎么對Layla進(jìn)行治療的呢?醫生給Layal注射的血細胞來(lái)自美國的一個(gè)隨機的捐獻者??茖W(xué)家對這些細胞進(jìn)行了三種形式的修改。首先,這些血細胞內被注入了抗白血病基因,這些基因可以編碼靶向追蹤并殺死癌細胞的蛋白質(zhì)。其次,科學(xué)家關(guān)閉了血細胞內的兩個(gè)基因,關(guān)閉其中一個(gè)基因是為了確保注射的細胞不被Layla 身體排斥,關(guān)閉的另一個(gè)基因是為了確保捐贈的細胞不被藥物殺死。今年6月份,醫生將編輯過(guò)的血細胞注入Layla體內,經(jīng)過(guò)三個(gè)月,這些細胞尋找并殺死了癌癥細胞。9月份,醫生又重新對Layla進(jìn)行了骨髓移植,新的骨髓重新開(kāi)始生產(chǎn)健康的血液細胞,而捐獻的細胞在骨髓移植過(guò)程中將會(huì )喪生

    基因編輯技術(shù)的新寵

    在Layla治療過(guò)程,基因工程編輯過(guò)的細胞無(wú)疑是最重要的因素。那么基因是如何被編輯的呢? 注射到Layla體內的細胞是通過(guò)一種叫做TALENs的新型基因編輯技術(shù)進(jìn)行的。這項技術(shù)極為復雜,普通的實(shí)驗室是無(wú)法進(jìn)行的,只有借助商業(yè)公司完成。小編想在這里介紹有第三代基因編輯技術(shù)之稱(chēng)得GRISPR/Cas9系統。

    所謂基因編輯技術(shù),是指對DNA核苷酸序列進(jìn)行刪除和插入等操作。CRISPR-Cas9系統并非天生就是為人類(lèi)使用而產(chǎn)生的。它的本質(zhì)其實(shí)是細菌中一種對付諸如病毒等外來(lái)DNA的防御系統。CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats,CRISPR)是生命進(jìn)化歷史上,細菌和病毒進(jìn)行斗爭產(chǎn)生的免疫武器,簡(jiǎn)單說(shuō)就是病毒能把自己的基因整合到細菌,利用細菌的細胞工具為自己的基因復制服務(wù),細菌為了將病毒的外來(lái)入侵基因清除,進(jìn)化出CRISPR系統,利用這個(gè)系統,細菌可以不動(dòng)聲色地把病毒基因從自己的染色體上切除,這是細菌特有的免疫系統。微生物學(xué)家10年前就掌握了細菌擁有多種切除外來(lái)病毒基因的免疫功能,其中比較典型的模式是依靠一個(gè)復合物,該復合物能在一段RNA指導下,定向尋找目標DNA序列,然后將該序列進(jìn)行切除。許多細菌免疫復合物都相對復雜,其中科學(xué)家掌握了對一種蛋白Cas9的操作技術(shù),并先后對多種目標細胞DNA進(jìn)行切除。這種技術(shù)被稱(chēng)為CRISPR/Cas9基因編輯系統,迅速成為生命科學(xué)最熱門(mén)的技術(shù)。

    CRISPR/Cas9應用前景

    在過(guò)去的3年里,基因編輯神器CRISPR被認為是遺傳研究領(lǐng)域的革命性技術(shù);科學(xué)家用它來(lái)編輯農作物、家畜甚至是人類(lèi)胚胎。一些公司如雨后春筍般出現,開(kāi)發(fā)基于CRISPR的基因療法。有科學(xué)家表示,此類(lèi)療法的首次臨床試驗會(huì )在接下來(lái)的一到兩年內進(jìn)行。這些首批試驗或許將勾勒出CRISPR的應用場(chǎng)景,即CRISPR成分能被直接注入眼睛等器官,或者細胞能從人體移除并在實(shí)驗室中進(jìn)行基因改造后被放回體內。例如,形成血液的干細胞可能被修正用于治療諸如鐮狀細胞性貧血癥或β-地中海貧血等疾病。雖然將酶和引導性RNA送入很多其他組織將是一項更大的挑戰,但研究人員希望有一天這項技術(shù)能被用于解決更廣范的遺傳疾病。

    CRISPR/Cas9技術(shù)是一項正在發(fā)展中的新興技術(shù),仍然存在一些缺陷,如脫靶效應,系統效率和特異性受不同物種或同一物種的不同基因影響等因素。然而,作為一項新技術(shù),縱然還有許多問(wèn)題有待解決與發(fā)展,也給研究人員以更廣闊空間去進(jìn)行探索和研究,不斷發(fā)現、發(fā)展該項技術(shù)的更多更大的優(yōu)勢。未來(lái),CRISPR/Cas技術(shù)會(huì )在實(shí)驗室中得到廣泛的推廣,并成為科研人員了解生物、在改造基因,解決更多的問(wèn)題的一項常規的應用手段。

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