一分鐘瞭解基因組編輯技術

要了解基因組編輯,就要先知道基因組的概念和組成,雖然在高中學習了這些知識,這裡我們還是先溫習一下。

基因組

人體大約由60兆個細胞構成,其中的每一個細胞都具備細胞核。 而在這個細胞核裡,容納著46條染色體,其中有半數——也就是23條——繼承自父親,另外23條則繼承自母親。具體到每一條染色體,則呈現為雙螺旋結構的“DNA”。DNA是脫氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid)的縮寫,DNA記錄著人體的遺傳信息

1953年DNA的雙螺旋結構模型被確立。


一分鐘瞭解基因組編輯技術


DNA結構組成圖

DNA由A——腺嘌呤、T——胸腺嘧啶、G——鳥嘌呤、C——胞嘧啶。這四種鹼基排列而成。其中A與T配對,G與C配對,形成雙鏈(double‐stranded)結構。這些鹼基的排列順序所蘊藏的信息就是基因。

人類所擁有的基因數量在兩萬個左右。

基因組(genome)。 這個單詞源自基因(gene)和染色體(chromosome)的組合。

第三代基因編輯技術

基因組編輯並不是新的概念和技術,我們今天瞭解的是最新的第三代基因編輯技術——CRISPR‐Cas 9,這種技術能以極其簡單的方式對基因進行精準操作——編輯。

CRISPR‐Cas 9 是由兩大要素構成的:其一是以RNA(Ribonudeic Acid,核糖核酸)形式存在的被稱作“嚮導RNA” 的部分;其二是被稱作Cas9的用於切斷DNA的酶。


一分鐘瞭解基因組編輯技術


CRISPR‐Cas 9結構組成圖

RNA嚮導,顧名思義,承擔的是嚮導的工作。DNA主要存在於細胞核內,用於保存信息。

RNA重要特性是能夠以互補的方式與DNA序列相結合。


一分鐘瞭解基因組編輯技術


RNA結構


既然RNA可以和DNA相匹配,那麼我們就可以把它比作一個渡船,把DNA比作一個碼頭,只是這個渡船和碼頭是有對應的關係的,而Cas 9內切酶就是渡船上的乘客A。


一分鐘瞭解基因組編輯技術


(圖片來源:基因魔剪圖書)

在基因的“大海”之中,RNA(渡船)會向著DNA(碼頭)移動,最終會找到它的歸宿。將我們的乘客A(Cas 9內切酶)送到既定碼頭。到站後,Cas 9就可以執行對DNA的切斷操作了。

破壞

DNA序列可不是待宰的羔羊,在被切斷之後,其會不斷的嘗試修復,而“剪刀”也不斷的去重複切斷。為了跳出這個循環,我們還需要在修復過程中,誘導修復失敗。一旦修復失敗,剪刀就停止作用。這樣就達到了基因的精確破壞了。

編輯

既然可以破壞某段DNA序列,那麼我們就可以在既定的DNA序列中插入新的片段,以達到真正的編輯目的。

現在,我們又多了一個乘客B(基因片段),我們利用渡船(RNA)將乘客A(Cas 9內切酶)和乘客B(基因片段)投送到目標碼頭(DNA序列)。至此,基因編輯目的完成。

想要了解更多有意思的內容,可以閱讀《基因魔剪》圖書,很有意思的。


說明:

1.資料來源:高中生物課本、《基因魔剪》圖書、網絡。

2.如有紕漏和錯誤,請指正。


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