标签:科学 生物技术 科普 crispr-cas9
CRISPR-Cas 系统是原核生物（如细菌和古细菌）中天然存在的基因编辑系统，其中 CRISPR 衍生的 RNA 和各种 CRISPR 相关蛋白 (Cas) 用于识别、切割和破坏外来入侵者的 DNA。 CRISPR-Cas9是分子生物学中的一种基因编辑技术，用于修改活生物体的基因组，它改编自细菌中天然存在的基因组编辑系统。通过将 Cas9-gRNA 复合物递送到细胞中，可以在所需位置切割细胞基因组，从而在体内去除现有基因或添加新基因。该技术已在生物医学、新药开发、基因敲除、RNA编辑等各个领域得到广泛应用。
细菌或古细菌捕获入侵病毒的 DNA 片段，并将外源 DNA 间隔区添加到基因组序列中，从而创建 CRISPR 阵列。然后将这些 CRISPR 阵列转录并进一步转化为称为短 crRNA 的单个间隔区侧翼区域。此后，crRNA-外源DNA复合物形成并被Cas蛋白的内切酶活性切割，从而破坏外来入侵者。此外，CRISPR阵列允许原核生物“记住”病毒并在未来的攻击中禁用它们，为其抗病毒防御系统提供适应性免疫。
CRISPR-Cas系统根据其遗传内容和结构差异分为三大类型（I型、II型和III型）和十二个亚型。
CRISPR-Cas9基因编辑技术中使用的Cas9是一种II型CRISPR系统。
CRISPR 干扰 (CRISPRi) 是一种遗传扰动技术，通过将 Cas9 (dCas9) 的核酸酶死亡版本靶向转录起始位点 (TSS) 附近的区域来抑制基因表达。因此，细胞的转录机制被阻止访问 TSS，从而导致基因表达的抑制。
CRISPR 激活 (CRISPRa) 也是一种使用 dCas9 修改版本的 CRISPR 工具。与 CRISPRi 相比，转录激活剂被添加到 dCas9 或引导 RNA 上，旨在增加而不是抑制感兴趣基因的表达。
CRISPR-Cas系统的三个阶段
CRISPR-Cas系统主要经历3个阶段：CRISPR间隔区整合、CRISPR表达和干扰。
CRISPR间隔区整合：外源DNA片段，称为protospacer，被识别并整合在CRISPR基因座区域中的两个相邻重复之间，形成CRISPR阵列。protospacer 相邻基序 (PAM) 是存在于 protospacer 近端的一小段保守核苷酸，用作获取 DNA 片段的识别基序。
CRISPR表达：CRISPR阵列被RNA聚合酶转录成pre-crRNA（前体CRISPR RNA），再被Cas蛋白进一步切割成小的crRNA。crRNA 包含一个部分重复序列和一个来自外源 DNA 片段并与之互补的单个间隔区。
干扰：Cas 蛋白与 crRNA-外源 DNA 复合物结合并切割 DNA 片段。DNA 切割会干扰病毒复制并为宿主细胞提供免疫力。
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