基因編輯技術領域的研究與發展

摘要：本文主要闡述了基因編輯技術的發展，并從基因編輯系統機制研究與發展、動植物模型構建、基因治療、交流平臺四個方面對我國在基因編輯領域的成果進行了分析，旨在為了解基因編輯技術的發展歷程及利用該技術進行深入研究提供理論依據。

關鍵詞：基因編輯;遺傳工程;基因功能

中圖分類號： Q78;Q819 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI編號： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2019.06.063

隨著人類基因組計劃的完成和高通量測序技術的發展，人們讀取大量序列信息的能力得到飛速提升?！白x”取能力的提高進一步激發了人們改寫生物體內遺傳序列信息的需求，而近年來發展迅速的基因編輯技術則大幅提高了這種“寫”的能力。這種特殊的生物技術能夠讓研究者對基因組序列或者基因轉錄產物進行人為編輯，以改變目的基因或調控元件的序列、表達量或功能。這一革命性技術一經問世就沖擊到生命科學的各個研究領域，必將在未來相當長時間內對人類健康、疾病治療、新藥研發、物種改良以及生命科學基礎研究等眾多方面產生廣泛而深遠的影響，也是世界范圍內競爭最為激烈的下一代核心生物技術。

1 基因編輯技術的發展

基因編輯技術是一種能夠對生物體的基因組及其轉錄產物進行定點修飾或者修改的技術，早期基因編輯技術包括歸巢內切酶、鋅指核酸內切酶和類轉錄激活因子效應物。近年來，以CRISPR/Cas9系統為代表的新型技術，使基因編輯的研究和應用領域得以迅速拓展。

早期基因編輯技術包括歸巢內切酶、鋅指核酸內切酶和類轉錄激活因子效應物，但脫靶效應或組裝復雜性限制了這些技術在基因編輯領域中的應用。近年來，以CRISPR/Cas9 系統為代表的新型基因編輯技術飛速發展，并開始在諸多生物學領域中得到廣泛應用。

早期的基因編輯技術依賴于細胞內同源重組途徑將外源 DNA 序列插入基因組。通過在外源DNA 序列兩端加入同源臂，能夠實現外源序列的精確整合。然而，真核生物中同源重組發生頻率極低，約為1/106～1/109;并且相對于靶位點而言，外源序列更容易隨機整合到基因組上其他位點，造成脫靶效應，從而限制了該技術的應用。

2 我國在基因編輯領域的研究進展

2.1 基因編輯系統機制研究與發展

中國科學院生物物理所王艷麗研究組和哈爾濱工業大學黃志偉研究組對Cpf1-cr RNA 復合物、Spy Cas-sg RNA-Acrll A4 復合物、Cas1-Cas2-DNA 復合物、Cas13a 蛋白、Cas13a-cr RNA 復合物以及CRISPR 系統Cascade 復合物等進行了結構解析及機制分析，為理解基因編輯工作原理及其調控機制提供了重要依據。中國科學院健康科學研究所常興研究組利用靶向性胞嘧啶脫氨酶在體內實現了高效、高通量DNA堿基編輯新方法;上?？萍即髮W陳佳研究組發展了一系列基于 CRISPR/

Cpf1 的新型堿基編輯器（Cpf1- BE）。北京大學魏文勝研究組建立了基于CRISPR系統的高通量篩選方法，并在全基因組范圍內實現了對編碼基因和非編碼基因的功能性篩選。

2.2 動植物模型構建

2013年，中國科學院動物研究所周琪研究組首次利用 CRISPR/Cas9 系統實現了大鼠多基因快速同時敲除，并建立了多種基因編輯動物模型。近期，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院賴良學研究組利用CRISPR技術成功構建了亨廷頓病疾病豬模型。

在遺傳信息與生理特性上，食蟹猴、獼猴等靈長類動物與人類具有更高的相似性，是作為人類疾病研究的理想模型。2016年，中山大學中山醫學院項鵬、華南農業大學獸醫學院楊世華和中國科學院動物研究所周琪研究組在食蟹猴中應用 TALEN 技術實現了MCPH1 基因（最早被鑒定出來的小頭癥相關基因）突變，成功獲得了人類頭小畸形癥的疾病模型猴。昆明理工大學季維智等利用基因編輯技術構建了多種靈長類動物疾病模型，如利用TALEN 技術構建了瑞特綜合征食蟹猴模型，該成果入選了“2017 年中國生命科學十大進展”。2018 年初，《Cell Research》 雜志連續發表兩篇分別來自中國科學院神經科學研究所楊輝和季維智等研究組的論文，報道了世界首例表達熒光蛋白基因敲入的食蟹猴。

在植物基因編輯方面，中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞、中國科學院上海植物逆境生物學研究中心朱健康和華南農業大學劉耀光等研究組分別利用CRISPR-Cas9 系統在擬南芥、水稻、小麥、玉米等多種植物中成功實現了基因編輯，為植物基因研究及農作物遺傳改良提供了平臺。

2.3 基因治療

2016年，《Nature》雜志報道了中國率先開展的世界首個人類CRISPR 臨床試驗。研究者計劃將PD-1敲除的T細胞注射到化療、放療和其他治療均無效的轉移性非小細胞肺癌患者體內，以促進機體針對癌細胞的免疫反應。中山大學黃軍就研究組首次在不能存活的人類三核受精卵中應用CRISPR/ Cas9 技術對β-地中海貧血癥的致病基因進行了基因編輯。由于涉及人類胚胎編輯，這項研究在世界范圍內引起了廣泛討論，使科學界和全社會對其應用前景和可能涉及的倫理風險產生了關注。

2.4 交流平臺

2017年9 月，我國首個基因組編輯學術團體——中國遺傳學會基因組編輯分會在北京成立，中國遺傳學會名譽理事長李家洋擔任大會主席，該學會的成立為從事基因編輯研究的學者提供了良好的學術交流平臺。2018年4月，第一屆基因編輯技術方向的冷泉港國際會議：“冷泉港亞洲會議—基因組編輯全面討論”于蘇州召開，來自世界各地的科學家就基因編輯的最新研究進展開展了廣泛而深入的討論。

3 結語

隨著研究者的不斷深入探索，基因編輯技術正在逐步發展成熟，具有極大的研究潛力和廣闊的應用前景。相信在不久的將來，基因編輯技術會在人類生產和臨床疾病治療中發揮其不可替代的價值。

參考文獻

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[2]李想，崔文濤，李奎.基因編輯技術及其應用的研究進展[J].中國畜牧獸醫，2017，（08）.

[3]胡小丹，游敏，羅文新.基因編輯技術[J].中國生物化學與分子生物學報，2018，（03）.

作者簡介：高孟晉，在讀本科生，研究方向：生物技術。