威斯騰詳解三代基因編輯技術的原理、優缺點及運用

ZFN（鋅指核糖核酸酶）作為人工合成的限制性內切酶通過其鋅指DNA結合域、DNA切割域發揮作用。研究者通過改造DNA結合域，靶向定位于不同的DNA序列，再由DNA切割域進行特異性切割。此外，ZFN技術還可與細胞內DNA修復機制共同發揮作用，使研究者自如地編輯基因組。ZFN技術的優勢在于具有很高的特異性，因而避免了免疫應答，但高度的特異性卻帶來了另一種弊端，即基因工程化鋅指DNA結合蛋白成為了難題，究其原因或許是因為蛋白質本身體積龐大的性質及其環境依賴性結合的屬性。另外，ZNF技術易于脫靶，導致細胞死亡或者額外突變。

TALEN為第二代基因組編輯核酸酶。TAL效應因子（TALE）可以特異性結合目的序列，通過將一段人造TALE與FokI核酸酶連接起來，即組成了TALEN，一類具有特異性基因組編輯功能的強大工具。與其它技術相比，TALEN技術很大程度上的地避免了功能蛋白脫靶，因為它們可以高度特異性地結合DNA靶位點，產生的脫靶效應非常微弱。此外與ZFN技術相比，其設計和工程沒有那么復雜，也不像ZFN那樣容易受周圍連接環境綁定的影響。因此TALEN運用起來更簡單、構建更便捷，且價格更低廉。但是裝配TALEN編碼質粒卻是一個冗長的、高強度工作的過程。

申總監介紹完前兩種技術，開始變得越來越興奮，原來是要講他團隊的拿手好戲——CRISPR/Cas9系統了。最近幾年基因編輯技術CRISPR/Cas9顯得異常火爆，自面世以后，彌補了傳統基因編輯技術的諸多不足，使得基因的“任意編輯”變得越來越容易。也因此，CRISPR/Cas9技術當仁不讓的成為基因編輯技術的“王牌”，大有一副取而代之的勢頭。

CRISPR-Cas9技術的靈感來源于細菌的免疫系統。CRISPR序列由眾多短而保守的重復序列（repeats）和間隔區（spacer）組成。間隔區是一些可變序列，其與先前入侵細菌基因組外的外源遺傳物質的序列相對應。這些間隔序列儲存在細菌基因組內，被看作是通過再感染來觸發降解入侵病毒DNA的記憶機制。距離該理論被提出已經過去了幾十年，但是直到2012年，用于這項技術的工具才上市。

CRISPR-Cas9技術的工具使用起來非常簡單，同時設計和構建速度最快，成本也最低。因為不涉及蛋白質工程，構建CRISPR-Cas9系統只需要幾天時間。但是CRISPR-Cas9技術也有一些限制，比如脫靶的問題，與ZFN和TALEN復雜的二聚體結構不同，CRISPR-Cas9系統擁有更簡單的單體結構，可通過堿基配對識別同源位點，因此在識別和切割期望的DNA位點方面特異性低，而且靶突變驗證難度很高，需要掃描全基因組，這將是很大的工作量。威斯騰生物CRISPR-Cas9團隊向細菌、植物、哺乳動物中成功敲除及引入了不少基因，擁有自己獨到的見解和豐富的技術經驗。

小編今天對于基因編輯的學習收獲很大，您是不是對基因編輯技術也有了更深入的了解，三代技術你更青睞哪一種呢？