能夠方便而精確的對DNA和核苷酸序列進(jìn)行編輯，是科研工作者們長期以來的夢想。CRISPR/Cas9系統(tǒng)的誕生和成熟標(biāo)志這這一夢想逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。CRISPR/Cas9系統(tǒng)，作為第三代基因編輯技術(shù)，它的本質(zhì)其實是細(xì)菌中一種對付諸如病毒等外來DNA的防御系統(tǒng)。此系統(tǒng)的工作原理是 成簇的、規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列的crRNA（ CRISPR-derived RNA ）通過堿基配對與 tracrRNA （trans-activating RNA ）結(jié)合形成 tracrRNA/crRNA 復(fù)合物，此復(fù)合物引導(dǎo)核酸酶 Cas9 蛋白在與 crRNA 配對的序列靶位點剪切雙鏈 DNA。而通過人工設(shè)計這兩種 RNA，可以改造形成具有引導(dǎo)作用的sgRNA （short guide RNA ），足以引導(dǎo) Cas9 對 DNA 的定點切割。

研究證實Cas9的基因組編輯能力是通過稱作為“PAM”（ protospacer adjacent motif）的短DNA序列來實現(xiàn)的。這一研究揭示了PAM的兩個主要功能，解釋了它對于Cas9能夠靶向和切割與導(dǎo)向RNA相匹配的DNA序列如此至關(guān)重要的原因。在外源DNA的靶向位點附近存在PAM，而宿主基因組的這些靶向位點則缺乏PAM，使得Cas9能夠精確區(qū)分必須降解的非自身DNA和幾乎完全相同的自身DNA。此外，存在PAM也是激活Cas9酶的必要條件。

通過對Cas9序列進(jìn)行突變，與不同的功能域蛋白融合，實現(xiàn)不同的靶向基因操作，如DNA剪切，轉(zhuǎn)錄抑制，調(diào)控因子定位，熒光標(biāo)簽定位等。CRISPR/Cas9系統(tǒng)還有以下優(yōu)勢：首先，CRISPR/Cas9系統(tǒng)的可用位置更多。理論上基因組中每8個堿基就能找到一個可以用CRISPR/Cas9進(jìn)行編輯的位置，可以說這一技術(shù)能對任一基因進(jìn)行操作。其次，CRISPR/Cas9系統(tǒng)更具有可拓展性，例如可以通過對Cas9蛋白的修飾，讓它不切斷DNA雙鏈，而只是切開單鏈，這樣可以大大降低切開雙鏈后帶來的非同源末端連接造成的染色體變異風(fēng)險。第三，更為重要的是，CRISPR/Cas9系統(tǒng)的使用極為方便，只需要簡單的幾步就能完成，幾乎任何實驗室都可以開展工作，而不需要向ZFN和TALEN那樣借助商業(yè)公司的協(xié)助完成。正是由于CRISPR/Cas9的諸多優(yōu)秀特點和廣泛的應(yīng)用前景，因此它成為了熱門的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。

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