科研热点CRISPR热点研究方向全面

在自然界中，CRISPR/Cas系统有多种类别，而对CRISPR/Cas9系统研究最为深入，也是应用最成熟的一种类别。它有着成本低廉，操作方便，效率高等优势，CRISPR/Cas9迅速风靡全球实验室，成为了生物科研领域的有力帮手和基因编辑的强大工具。

前面我们介绍了基因编辑的三代系统，今天我们就以CRISPR/Cas9为例，介绍CRISPR/Cas系统的防御机制及其应用。

CRISPR/Cas系统防御机制

外源DNA捕获

当病毒首次入侵宿主细菌并将DNA组注入细胞内部后，Cas1和Cas2蛋白将扫描这段外源DNA，识别DNA中的原间隔序列临近基序（protospaceradjacentmotif，PAM），并截取原间隔序列（protospacer）整合到CRISPR序列前导区的下游，随后DNA进行修复。

CRISPR/Cas系统捕获外源DNA[3]

crRNA合成

CRISPR基因组由三个部分组成：tracrRNA基因、Cas基因、CRISPR重复序列和间隔区序列。当病毒再次入侵时，这些三部分被转录为tracrRNA，Cas蛋白和pre-crRNA。tracrRNA具有发卡结构，pre-crRNA是由整个CRISPR序列转录而成的大型RNA分子。随后，tracrRNA、pre-crRNA和Cas9形成复合物，并且由RNaseIII在重复序列处切割将pre-crRNA加工成crRNA，从而形成由crRNA引导的crRNA：tracrRNA：Cas9核酸内切酶复合物。

crRNA合成[4]

靶向干扰

随后，Cas9/RNA复合物随机扫描细胞中的DNA，首先寻找合适的PAM，识别出PAM序列后，如果被扫描的DNA序列与crRNA靶序列匹配，则Cas9/RNA复合体将从PAM序列后的前10–12个核苷酸解开DNA形成R-Loop。随后，Cas9的HNH核酸酶活性将切割crRNA互补的DNA链，而RuvC活性将切割非靶链，从而沉默外源DNA。

CRISPR/Cas9系统的应用

第三代基因编辑技术CRISPR/Cas的出现为人类基因编辑提供了新的可能性，随着近年来分子生物学的快速发展，它已广泛应用于许多领域，特别是在遗传疾病治疗、疾病相关基因的筛选和检测、肿瘤治疗、动植物转化以及病原微生物的预防等领域具有巨大的潜力，可以有效改善人类的生活质量。

遗传疾病的矫正

CRISPR/Cas9最受