试论基因编辑技术及其引发的伦理问题

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1、试论基因编辑技术及其引发的伦理问题　　试论基因编辑技术及其引发的伦理问题　　1从细菌的获得性免疫说起　　1.1CRISPR的发现1987年，科学家在研究细菌的序列时，发现细菌的DNA分子中有许多间隔的序列，其被重复的回文序列(21～37bp)隔开。到2002年，科学家通过计算机分析，发现很多原核生物(真细菌和古细菌)的基因组都有类似的结构，将其命名为CRISPR(clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats，即，成簇的、规律间隔的、短回文、重复序列)。　　在这些CRISPR附近还有一类联合基因，这些基因表

2、达的蛋白质称为Cas蛋白，这些Cas蛋白可与CRISPR转录出的RNA结合，形成核糖核蛋白复合物(即CRISPR/Cas复合体)，具有切割和整合外源DNA片段的作用。一个完整的CRISPR/Cas系统包括5'端的tracrRNA基因、中间一系列Cas蛋白编码基因和3'端的CRISPR基因座三部分结构，后者由引导序列(具有启动子的功能)、众多的间隔序列和重复序列顺序排列组成。　　1.2细菌的获得性免疫当外源DNA侵入细菌细胞时，CRISPR/Cas复合体识别入侵DNA中的原间隔序列附近的毗邻基序(PAM)，将外源DNA片段的原间隔序列剪切成间隔序列，

3、并整合进两个重复序列之间，形成记忆。当细菌第二次受到相同外源DNA入侵时，CRISPR基因座首先被转录成前体CRISPRRNA(pre-crRNA)，然后在Cas9蛋白和核酸内切酶Ⅲ的作用下被剪切成一些小的RNA单元，这些小RNA即为成熟的crRNA，它由一个间隔序列和其两侧的重复序列组成。然后crRNA和tracrRNA结合，形成tracrRNA∶crRNA复合分子，并在Cas9蛋白的协助下，使原间隔序列与crRNA序列配对，由此识别出外源DNA的PAM序列。同时，Cas9蛋白发挥核酸酶的功能，将入侵的外源DNA分子剪切掉。而细菌自身的间隔序列，由于没有PAM序

4、列，因而不会被剪切掉。　　由此可见，原核生物的这种防卫外源DNA的方式，类似于人体内的获得性免疫:CRISPR/Cas系统赋予了原核生物对外源DNA的记忆性和特异性。外来的间隔序列是高度可变的，不同的间隔序列代表入侵的不同外源DNA，可以是病毒的，也可以是质粒或其他外源DNA分子。2CRISPR/Cas基因编辑技术及其应用从上述CRISPR/Cas系统的作用原理可以看出，CRISPR/Cas系统与限制性核酸内切酶相似，它对序列的特异性切割主要依赖于crRNA与Cas蛋白形成的核糖核蛋白复合物识别靶序列上的PAM以及原间隔序列。根据这一特性，科学家将其设计成人工的限

5、制酶，用以对感兴趣的基因位点进行切割修饰。目前发现的3类CRISPR/Cas系统中，Ⅱ型系统的核糖核蛋白复合物相对简单，除crRNA和tracrRNA外，只有一个Cas9蛋白。　　2CRISPR/Cas基因编辑技术及其应用　　从上述CRISPR/Cas系统的作用原理可以看出，CRISPR/Cas系统与限制性核酸内切酶相似，它对序列的特异性切割主要依赖于crRNA与Cas蛋白形成的核糖核蛋白复合物识别靶序列上的PAM以及原间隔序列。根据这一特性，科学家将其设计成人工的限制酶，用以对感兴趣的基因位点进行切割修饰。目前发现的3类CRISPR/Cas系统中，Ⅱ型系统的核糖

6、核蛋白复合物相对简单，除crRNA和tracrRNA外，只有一个Cas9蛋白。要实现CRISPR/Cas9系统对真核生物基因组的定点修饰，只需要满足两个条件:一个Cas9蛋白，一条向导RNA(gRNA)。向导RNA由两部分组成:一段约20个碱基的RNA片段(相当于crRNA)，此片段可以和定点修饰的靶标基因配对;另一段为60个碱基的RNA片段(相当于tracrRNA)，此片段对激活Cas9蛋白是必需的。针对要修饰的靶标基因(如某种致病基因)，设计好crRNA的序列，然后将Cas9基因和gRNA基因重组到质粒中，将重组质粒导入受体细胞内，就能实现对特定靶标基因的修饰

7、改造。Cas9:gRNA核糖核蛋白复合体相当于人工限制性核酸内切酶，只不过其特异性切割的靶标序列可以人为地设计。当受体细胞的靶标序列被切开后，会激活细胞内的DNA修复机制，通过精确的同源重组修复机制或非同源重组的末端连接修复机制，就能实现外源正常基因的定点插入，从而达到替换致病基因的目的。CRISPR/cas9基因编辑技术诞生于2013年，与之前的基因定点编辑技术(ZFNs技术和TALENs技术)相比，CRISPR/cas9基因编辑技术有准确性高，脱靶率低的特点，而且技术要求简单，容易操作[3]，费用也很低。这项技术的出现，堪比基因测序技术、DNA重组技术、PCR

8、扩增等分子