CRISPR/Cas基因编辑系统研究进展

规律性成簇间隔的短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)的发现和工程技术对生命科学的发展带来巨大的推动作用。RNA引导的Cas(CRISPR-associated)酶已被用作操纵细胞、动物和植物基因组的工具。这加速了基础研究的步伐,并使其在临床和农业上的应用成为可能。CRISPR/Cas9对在实验系统中进行的功能基因组学的研究有重大影响。CRISPR/Cas9系统自发现以来,因其操作便捷、成本低、特异性高、可同时打靶任意数量基因等优点而被广泛应用。经过近几年研究发现,Cas9变异体(Cas12a、Cas13)有利于突破和克服CRISPR/Cas9应用中的一些限制,Cas12a极大地扩展了基因编辑靶位点的选择范围,同时其介导的多基因编辑具有明显的优势;Cas13等蛋白能特异性结合和编辑RNA,开启了转录组研究的新篇章。本文主要就CRISPR/Cas的研究背景以及Cas9、Cas12a和Cas13系统研究进展和应用进行综述,并对其应用前景和发展方向进行了展望。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术在丝状真菌中的应用

随着对丝状真菌基因水平研究的不断深入,CRISPR/Cas9技术作为先进的基因编辑技术,已被广泛应用于丝状真菌的基因编辑。探究了CRISPR/Cas9系统在不同丝状真菌中的应用情况,主要从sgRNA的构建与表达、Cas9蛋白的改造与表达、不同的DNA双链断裂修复（DNA double-strand break,DSB）方式等方面进行概述,并对编辑效率、脱靶效应进行总结,旨在为今后丝状真菌中CRISPR/Cas9系统的构建及改良提供思路。     

CRISPR/Cas基因编辑系统中gRNA表达策略

近日,宾夕法尼亚州立大学杨亦农(Yinong Yang)教授团队在a BIOTECH期刊在线发表题为"Efficient expression of multiple guide RNAs for CRISPR/Cas genome editing"的综述。总结了CRISPR/Cas基因编辑技术中引导RNA (gRNA)的表达策略,介绍了多重基因编辑中同时表达多个引导RNA的方法和技巧,为CRISPR/Cas技术的开发和应用提供了参考。     

CRISPR/Cas基因编辑技术研究进展及其在斑马鱼中的应用

规律成簇间隔的短回文序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)是细菌和古菌中的获得性免疫系统,利用该系统能定点进行基因编辑。最近,科学家发现了新的CRISPR-associated (Cas)蛋白,其中由Cas12a介导的基因编辑能显著降低脱靶率。文中对CRISPR/Cas系统的发现历史、组成和分类、工作原理进行概述,并总结了该系统的最新研究进展及在斑马鱼Danio rerio中的应用。     

CRISPR/Cas基因编辑技术及其在作物育种中的应用

CRISPR/Cas基因编辑技术在植物基因功能研究和作物遗传改良方面具有重要应用价值,其主要依赖gRNA引导核酸内切酶在目标基因组位置产生双链断裂（DSBs）,DSBs在通过非同源末端连接（NHEJ）或同源重组（HDR）方式进行修复时,会引起靶标位置核苷酸序列的缺失、插入或者替换,从而实现基因编辑。介绍了CRISPR/Cas基因编辑技术的作用机理及发展趋势,并对CRISPR/Cas技术在主要粮食及经济作物育种中的应用进展进行了总结,以期为农作物育种提供有益的参考。     

CRISPR/Cas基因编辑技术及其在微藻研究中的应用

微藻由于在医药、食品、可再生燃料和化学原料等方面的潜力,受到了研究者越来越多的关注和青睐。然而,合适基因编辑方法和转化工具的缺乏,使得微藻基因工程的进展还相对比较缓慢。随着分子生物和基因编辑技术的发展,CRISPR 技术凭借简便、特异和高效的优势,逐渐成为探讨基因功能、提高植物育种和增加代谢物产物等研究的有力手段。基于此,本文综述了CRISPR/Cas 的2 种主要类型,重点论述了其在微藻领域中的应用进展,并总结了CRISPR 技术在微藻应用中所存在的问题,期望为以后的研究提供启发和参考。     

CRISPR/Cas9介导的基因组编辑技术

规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR)协同其相关蛋白Cas组成了细菌和古细菌的获得性免疫系统。利用该系统可以对外来某一特定单链或双链DNA实施高度特异性沉默或降解的特性,近年来对基因组进行精确定点编辑的CRISPR/Cas系统迅速发展。着重介绍了CRISPR/Cas系统的研究历史、结构、分类及作用机制,并分析讨论了现阶段以Cas9为核心的Ⅱ型系统在应用方面存在的问题及前景。     

CRISPR/Cas:新一代基因编辑技术

CRISPR/Cas技术是一项新兴的基因编辑技术,它利用与目标序列互补的向导RNA(sg RNA)引导Cas酶定点切割DNA。由于该技术操作简便、要求低,已成为近几年最受关注的基因编辑技术。而随着该技术的广泛使用和人们对CRISPR/Cas系统了解的不断深入,对该技术优与劣的争论也不断升温。本文就该技术的起源、CRISPR/Cas系统的工作原理,以及目前的主流应用和成果进行了介绍,希望能够帮助人们对CRISPR/Cas技术有一个更全面的了解。     

利用CRISPR/Cas9技术构建基因编辑大鼠模型

RNA介导的CRISPR/Cas9基因编辑系统由单链引导RNA(sgRNA)与核酸酶Cas9构成。在细胞内,sgRNA能够按照碱基互补配对的原则引导Cas9与靶点结合,由Cas9切割目标DNA,造成双链DNA断裂(double stranded break, DSB)。在随后的DNA修复过程中,细胞主要进行非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)或在有修复模板存在的情况下进行重组修复(homology directed repair, HDR)。如果将CRISPR/Cas9系统以及修复模板通过显微注射的方式导入大鼠的胚胎内,就能借助细胞的修复机制实现大鼠胚胎的基因编辑,由此构建各种基因修饰大鼠模型。本文详细介绍了利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建大鼠模型的具体操作步骤,以期为相关领域的科研人员提供一种大鼠基因修饰模型的构建方法。     

CRISPR/Cas9系统基因编辑技术——解读2020年诺贝尔化学奖

法国科学家卡彭蒂耶和美国科学家杜德纳因在基因编辑技术研究方面的工作成果,获得了2020年诺贝尔化学奖.她们的主要工作是揭示了CRISPR/Cas9的结构与功能.CRISPR/Cas系统是细菌清除入侵外源性DNA的适应性免疫应答系统,可通过CRISPR系统捕获噬菌体的DNA序列,进行记忆和识别并清除病毒的感染.基于CRI...     

嗜热厌氧杆菌热稳定CRISPR/Cas9基因组编辑技术及在细胞工厂构建中的应用研究进展

嗜热厌氧杆菌属(Thermoanaerobacter)来源的菌株作为一个高温发酵的细胞工厂,具有生产生物燃料和化学品的潜力,已引起了研究者的广泛兴趣.随着嗜热厌氧杆菌属来源的多个菌株全基因组测序的完成以及相关的生理生化实验的开展,建立一个简便、快捷的基因操作技术将有助于进一步深入理解和认识嗜热厌氧杆菌有关的代谢途径.最...     

CRISPR/Cas9基因组编辑技术在癌症研究中的应用

CRISPR/cas9基因组编辑技术因其设计简单以及操作容易,使其在基因编辑的研究中越来越受到欢迎。利用该技术,科研人员可以实现在碱基的水平对基因组进行定点修饰。CRISPR系统现已经被广泛地应用到多个物种的基因组编辑以及癌症的相关研究中。本文在最新研究进展的基础上,结合对癌症研究及基因组编辑技术的理解,对CRISPR/Cas9技术在癌症研究中的应用进行了综述。     

计算生物学分析在基因组编辑研究中的应用

基因组编辑是对基因组遗传信息进行定向改造的技术,其中CRISPR/Cas系统是目前应用最广泛的基因组编辑新技术。将先进的高通量测序以及相关计算生物分析应用于基因编辑研究,可进一步优化基因编辑效率和精度等检测流程,实现对全基因组功能基因筛选的监测。同时,利用基于生物信息及机器学习和深度学习等新方法,可对向导RNA(gRNA)的高效设计和实现对编辑效果的预测。本文将对计算生物学分析在CRISPR/Cas基因编辑系统的应用及研究进展等进行概述。     

CRISPR/Cas9-mediated genome editing assists protein dynamics studies in live cells

Spatial and temporal regulation of molecular reactions dictates cell fate. Thus, studying molecular dynamics is essential to understand how cells decide what to do and the fundamental perturbations causing disease. Classically, molecular dynamics has been studied by protocols based in the overexpression of fluorescent fusion proteins. However, overexpression is associated to altered stoichiometry, molecular dynamics and subcellular distribution. We here discuss the necessity to study molecular dynamics of fluorescent fusion proteins expressed under physiological mechanisms in the cell, pointing to CRISPR/Cas9-mediated genome editing as the ideal means to do so. Current genome editing protocols enable us to study molecular dynamics while avoiding drawbacks associated to overexpression.     

CRISPR/Cas9在丝状真菌基因组编辑中的应用

丝状真菌(filamentous fungi)通常指那些菌丝体较发达且不产生大型肉质子实体结构的真核微生物。丝状真菌不仅在自然界物质循环中发挥着重要作用,还与人类健康和工农业生产有着紧密的联系。然而,对丝状真菌进行遗传操作相对困难,极大地妨碍了丝状真菌的遗传学研究。成簇的规律间隔的短回文重复序列及其相关系统(clustered regulatory interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9, CRISPR/Cas9)是近年来发现的一种存在于细菌和古菌中保守的获得性免疫防御机制。最近,CRISPR/Cas9被开发成为了一种方便灵活的基因组编辑技术。目前,该技术已经广泛应用在不同物种的基因组编辑中。本文概述了CRISPR/Cas9在丝状真菌基因组编辑中的应用进展,旨在为开展该领域的研究工作提供参考。     

A CRISPR/Cas9-based genome editing system for Rhodococcus ruber TH

Rhodococcus spp. are organic solvent-tolerant strains with strong adaptive abilities and diverse metabolic activities, and are therefore widely utilized in bioconversion, biosynthesis and bioremediation. However, due to the high GC-content of the genome (~70%), together with low transformation and recombination efficiency, the efficient genome editing of Rhodococcus remains challenging. In this study, we report for the first time the successful establishment of a CRISPR/Cas9-based genome editing system for R. ruber. With a bypass of the restriction-modification system, the transformation efficiency of R. ruber was enhanced by 89-fold, making it feasible to obtain enough colonies for screening of mutants. By introducing a pair of bacteriophage recombinases, Che9c60 and Che9c61, the editing efficiency was improved from 1% to 75%. A CRISPR/Cas9-mediated triple-plasmid recombineering system was developed with high efficiency of gene deletion, insertion and mutation. Finally, this new genome editing method was successfully applied to engineer R. ruber for the bio-production of acrylamide. By deletion of a byproduct-related gene and in-situ subsititution of the natural nitrile hydratase gene with a stable mutant, an engineered strain R. ruber THY was obtained with reduced byproduct formation and enhanced catalytic stability. Compared with the use of wild-type R. ruber TH, utilization of R. ruber THY as biocatalyst increased the acrylamide concentration from 405 g/L to 500 g/L, reduced the byproduct concentration from 2.54 g/L to 0.5 g/L, and enhanced the number of times that cells could be recycled from 1 batch to 4 batches.     

Mosaicism in CRISPR/Cas9-mediated genome editing

The CRISPR/Cas9 system is a rapid, simple, and often extremely efficient gene editing method. This method has been used in a variety of organisms and cell types over the past several years. However, using this technology for generating gene-edited animals involves a number of obstacles. One such obstacle is mosaicism, which is common in founder animals. This is especially the case when the CRISPR/Cas9 system is used in embryos. Here we review the pros and cons of mosaic mutations of gene-edited animals caused by using the CRISPR/Cas9 system in embryos. Furthermore, we will discuss the mechanisms underlying mosaic mutations resulting from the CRISPR/Cas9 system, as well as the possible strategies for reducing mosaicism. By developing ways to overcome mosaic mutations when using CRISPR/Cas9, genotyping for germline gene disruptions should become more reliable. This achievement will pave the way for using the CRISPR technology in the research and clinical applications where mosaicism is an issue.