生命科学前沿专题---李培金教程.ppt

生命科学前沿专题 （基因编辑技术）;于军;How to use the genome sequences?;The dogma of Genetics—中心法则;RNA调控;RNAi 作用原理回顾;RNA干扰（RNAi）作用是生物体内的一种通过双链RNA分子在mRNA水平上诱导特异性序列基因沉默的过程。 由于RNAi发生在转录后水平，所以又称为转录后基因沉默（post-transcriptional gene silencing, PTGS ）。;靶向基因编辑技术;染色体-核小体-DNA;ZFN 技术原理;ZFN 技术;TALEN技术;1989年 植物病原体黄单胞菌属 （Xanthomonas spp.） avrBs3 基因被克隆。 2007年 发现其序列特异性核酸结合特性， avrBs3 – TA 2009年 Xanthomonas TA氨基酸序列与核酸靶序列的对应关系被破译 由34个氨基酸组成一个单元模块，重复17 -18次 34个氨基酸中的第12和13个氨基酸（Repeat Variant Di-residue, RVD) 对应识别一个目标碱基;人工构建TALE模块识别指定核酸序列;TALEN (TALE+FOK I) 表达质粒对 ;TALEN介导的同源重组;TALEN靶向（基因敲除）技术基本流程; TAL的核酸识别单元为34氨基酸模块中的双连氨基酸（RVD） RVD与A、G、C、T有恒定的对应关系，即NI识别A，NG识别T，HD识别C，NN识别G，非常简单明确 欲使TALEN特异识别某一核酸序列（靶点），只须按照靶点序列将相应TAL单元（14 -18个）串联克隆即可。;TALEN的实现步骤（1）;TALEN的实现步骤（2）;ZFN和TALEN技术的比较; 曾经的天方夜谭已变得触手可及,改变人类遗传的技术已近在眼前，我们需要决定，我们的社会该怎样运用这种能力。 就像计算机之于算盘——或者换个更黑化的场景——就像机关枪之于长矛般天差地别。 --- David Baltimore (加州理工学院);一项技术引发的的专利大战;CRISPR;CRISPR 文章的发表;3100万元的基金走向CRISPR;;2007年，Danisco这家来自丹麦哥本哈根的食品原料公司（现在该公司已经被 DuPont公司收购）的科学家们发现了一种方法，能够极大地增强工业细菌对噬菌体的抵抗力。他们的方法就是用噬菌体来免疫细菌，结果取得了很不错的效果（Science , 23 March 2007, p. 1650）。 DuPont公司收购了 Danisco公司之后，利用这种技术培育出了抵抗力更强的工业生产用菌。而且这项工作还证明，细菌也是拥有适应性免疫系统（adaptive immune system）的，而且依靠这种免疫机制抵抗同一种噬菌体的多次攻击。 2013以后，研究者们在包括《science》和《nature biotechnology》等著名杂志上发表多篇文章介绍CRISPR-Cas系统，并且已成功在人类、小鼠、斑马鱼等物种上实现精确的基因修饰。; CRISPR-Cas是很多细菌和大部分古生菌的天然免疫系统，通过对入侵的病毒和核酸进行特异性的识别，利用Cas蛋白进行切割，从而达到对自身的免疫。;发现;发现; CRISPR-Cas系统赋予原核细胞针对外源DNA特异性免疫, 而这种特异性是由间隔序列（spacer）决定的。在宿主防御噬菌体攻击中，针对自然界中庞大的噬菌体种群，细菌进化了CRISPR 介导的适应性免疫。这种免疫功能的发挥是由CRISPR 间隔序列的动态性变化，即通过增加或删除间隔序列（spacer）来实现的。;Biotechnology: Rewriting a genome Nature?495,?50–51?(07 March 2013)?doi:10.1038/495050a;2 CRISPR-Cas概述;CRISPR-Cas主要由两部分组成：;结构;1.1 CRISPR结构;Cas家族;靶向要求;靶向要求;靶向要求;3 CRISPR-Cas系统介导基因修饰;3.1 dual-RNA：Cas介导编辑模板替换;3.1 dual-RNA：Cas介导编辑模板替换;3.2 sg-RNA：Cas介导基因修饰;3.2 sg-RNA：Cas介导基因修饰;3.2 sg-RNA：Cas介导基因修饰;3.2 sg-RNA：Cas介导基因修饰; 2013年2月15日在《science》上发表的《Multiplex Genome Engineering Using CRISPR/Cas Systems》一文中，作者利用一个