基因小剪刀一生物界的上帝之手

基因“小剪刀“一一生物界的上帝之手

剪刀和镊子是人类从事精细工作时必不可少的工具。然而,您知道“基因小剪刀“是什么吗?

它就是CRISPR/Cas9(基因编辑工具)

年,诺贝尔化学奖颁给了两位女性科学家,法国的艾曼妞尔,夏彭芾耶和美国的詹尼佛,杜德纳。以表彰他们在基因编辑技术上的突破性成就。

基因编辑技术的发明过程

这项技术的发明源于科学家对细菌的研究。他们发现细菌在进化的过程中,渐渐产生了对病毒入侵的免疫力。美国在对各种细菌的DNA序列进行仔细比对后发现,他们的DNA序列中都有一组常见的短回文重复的序列组合,间隔地镶嵌在细菌的DNA序列当中。而在这些间隔之间,组合的却是很多病毒的DNA基因密码。这就解释了,为什么很多细菌对于很多入侵的病毒有了很强的识别能力和清除能力。也就是说细菌对于很多入侵病毒有了特异性的免疫力。

科学家们把从细菌DNA序列中发现的这种常见的短回文重复序列组合命名为CRISPR。

紧接着科学家又发现了一种与CRISPR密切相关的caS基因,这种基因转录成的蛋白实际上是一种酶类。它可以用来解离DNA,切割DNA分子。但是这种酶类是一个复杂的系统,种类繁多,很难进行人为的精准定位。

天作之合的是,年,夏彭蒂耶在化脓性链球菌的细胞内发现了一个神秘的RNA分子,它的序列同细菌定为基因组中的CRISPR序列非常相似,被称为CRISPR一RNA(crRNA)。不久。,她又在细菌体内发现了一种反式激活的crRNA,命名为tracrRNA,象一对天衣无缝的拼图块,游离潜伏在细胞体内

在对大量的CaS系列蛋白特性研究后,科学家们终于明确了caS9是最适合的切割基因的剪刀蛋白。

天才的科学家们把crRNA和tracrRNA首尾相接,合成一个分子链,称为导引RNA。

有了caS9这把剪刀(蛋白酶),和导引RNA,这把基因小剪刀的功能就基本齐备了。只需要轻微修改一下,导引na上的CRISPR基因序列,使之同被切割DNA序列匹配,基因小剪刀就有了精准的定位。,就有了指哪切哪的功能。

切下来的DNA片段,可以丢弃,也可以利用细胞DNA的修复功能接入到所需要的细胞的DNA序列中去。从而改变了细胞的遗传特性,进而改变生物体的遗传特性。

这项技术自年问世以来。,历经8年获得诺贝尔化学奖。在此过程中也经历了很多方面的应用。

比如植物育种,人类地中海性贫血,人类脊髓性肌萎缩症的治疗和中国的某团队,使用基因编辑技术,诞生了抗艾滋病病毒基因的新生儿,这种新生儿的其他遗传特性有无受到影响?这种技术的滥用会否影响人类基因的进化进程?等等,,,让诺贝尔奖评委会和广大的公众都意识到,这项技术的运用是把“双刃剑‘,它在为人类攻克遗传性疾病和癌症带来了曙光,同时也为人类带来了医学伦理学方面的很多问题。因此诺贝尔奖评委会,为这项技术颁发的是化学奖,而不是医学生理学奖。相信不久的将来,这项技术会有一个合理合法的运用规范,更好地造福人类。

下面我们来举一个基因小剪刀在应用方面非常正面的一个例子。

年1月,美国马里兰大学医学中心为一位57岁的男性晚期心功能衰竭的患者,移植了一颗带有人类生物学特征和遗传基因的猪的心脏。这颗猪身上长出来的人的心脏,就是通过基因编辑技术,将人的关于心脏方面的基因片段移植到猪的DNA当中,让其长出了一颗人类的心脏。患者术后心脏的运转非常正常。虽然该名患者于三个月以后去世,但其死因是因为感染了猪巨细胞病毒所致。

这个大胆的尝试,有望帮助人类解决人体器官移植中供体不足的问题。在这之后,多地的科学家也做了类似的尝试。都取得了初步的成功。

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