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基因编辑技术的研究进展及其在中药研究中的前景展望

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基因编辑技术的研究进展及其在中药研究中的前景展望

作者:马琰岩

来源:《中国中药杂志》2017年第01期

[摘要]基因编辑技术是一项对基因组进行精确定点修饰的技术,可对特定DNA片段进行敲除、加入和替换等,从而在基因组水平上进行精确的基因编辑。其技术本质均是利用非同源末端链接途径修复和同源重组修复,联合特异性DNA靶向识别及核酸内切酶完成的DNA序

列改变。基因编辑技术在科研、农业、医疗等领域都具有极其广泛的发展前景和应用价值。在疾病基因治疗领域,基因编辑技术在癌症如白血病、遗传性疾病如血友病、地中海贫血、多种肌肉营养障碍症和逆转录病毒相关传染病如艾滋病等疾病的治疗方面取得许多堪称跨时代的佳绩:结合基因编辑技术开展的实验新方法学研究及动物模型的制备工作也在迅猛地发展和完善;世界各地的实验室也已将基因编辑技术应用于预防疟疾、器官移植、生物制药、农业育种改良、灭绝物种复活等多个研究领域。该文就基因编辑技术在上述领域中的研究进展进行一些概括和总结。此外还归纳了一些当前针对基因编辑技术存在的争议和思考,并初步探讨了该技术在中药研究中的潜在应用前景。

[关键词]基因编辑技术; CRISPR/CAS9; ZFNs; TALENs

基因编辑技术是一项对基因组进行精确定点修饰的技术,可对特定DNA片段进行敲除、加入和替换等,从而在基因组水平上进行精确的基因编辑。此过程模拟了基因的自然突变,修改并编辑了生物的基因组,使研究人员可以在极短时间内模拟自然界漫长时间的基因演变,甚至能够完成自然进化中无法完成的基因组改变。在科研领域,该技术可以快速构建模式动物,节约大量科研时间和经费;在农业领域,该技术可以人为改造基因序列,使之符合人们的要求,研制如改良水稻等粮食作物;在医疗领域,该技术可以更加准确、深入地了解疾病发病机制和探究基因功能,以及改造人的基因,达到基因治疗的目的等。因此,基因编辑技术具有极其广泛的发展前景和应用价值。

1基因编辑技术的基本原理

锌指核酸酶(zincfinger nucleases,ZFN)、转录激活因子样效应物核酸酶(transcription activatorlike effector nucleases,TALENs)和成簇的、规律间隔的短回文重复序列CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)是三大基因编辑技术。这3种技术皆是通过在特定的靶向序列处引入双链断裂缺口(doublestrand break,DSB),继而通过NHEJ途径(nonhomologous end joining,NHEJ)和HR(homologous recombination,HR)途径这2种细胞内DNA修复机制完成修复。NHEJ途径(nonhomologous endjoining,NHEJ)使基因组DNA缺口处有碱基的插入或者缺失,造成移码突变,导致基因的敲除;HR (homologous recombination,HR)途径在提供外源DNA模板的条件下使基因组DNA得到精

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