CRISPR

CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats)序列是一组DNA它能识别入侵的细胞并利用一种酶将核糖核酸入侵者的核苷酸。它们是一种基本的免疫系统设备，检测并分裂病毒原核的生物。

研究人员使用crispr进行基因改造。它们对遗传学家来说具有独特的价值，因为它们分为两个阶段:首先，找到并定位特定的DNA链，然后，通过删除或替换该DNA反转录．CRISPR序列的这两个阶段比以前的方法更有效和准确。现在，研究人员可以同时使多个基因发生突变，这一过程在以前需要几个月或几年的时间，这对于研究由多个基因缺陷引起的单一疾病是必要的。研究人员已经使用crispr修饰农业植物，使它们更有营养、更抗瘟疫、更耐旱。在小鼠中，crispr已被用于纠正基因错误，包括导致镰状细胞贫血，肌肉萎缩症，以及与囊性纤维化．

crispr于2012年首次用于修饰人类细胞，推动了遗传学领域的快速技术变革，并引发了有关改造人类基因的伦理问题。

微生物宿主中的CRISPR序列由三部分组成:CRISPR相关(Cas)基因，即切割酶、tracrRNA和CRISPR RNA (crRNA)。tracrRNA和crRNA一起被称为引导RNA (gRNA)。一些CRISPR复合物还包括一条可插入目标的修复DNA链。

gRNA链在CRISPR复合物中处理靶向。gRNA大约有80个碱基对，并与目标基因组结合以指导切割酶。三种类型(I-III)的CRISPR机制已经被确定，但类型II是最常用的，在这里描述。在微生物中，tracrRNA与入侵的DNA结合噬菌体而且质粒本质上是入侵病毒。在研究中，研究人员对tracrRNA进行定制，以找到并靶向他们想要编辑的任何基因，对tracrRNA的20个碱基对进行编码，以匹配他们想要在目标基因组中绑定的任何目标互补序列。

目标序列必须位于目标基因组中DNA的原间隔相邻基序(PAM)链的上游。目标基因组中的PAM本质上是一个标记和书夹，将细菌标记为目标，当gRNA读取PAM时停止结合。

一旦Cas-gRNA复合体(CRISPR序列)被表达，它就会改变了目标DNA和免疫印迹到它。这被称为双股断裂(DSB)。从本质上讲，Cas-gRNA复合体将两条DNA链分开，并与每条DNA链结合。如果tracrRNA和目标DNA足够相似，Cas酶就会切割目标DNA。

Cas是核酸酶，是crispr中的切割酶。在研究环境中最常用的Cas变体是Cas9。它来源于一种链球菌。Cas9通过两个核酸内切酶域的联合活性切割目标DNA，RuvC而且海航．

CRISPR系统的目标是以某种方式改变目标链，要么使其失去功能，要么以某种方式修复它。因此，一旦Cas酶切割了目标，它就会通过可选的修复DNA链插入新的DNA，删除现有的基因，或进行框架转移(将现有的碱基对移动到链上的其他位置)。

接下来，Cas重新连接分裂的DNA链使用非同源端连接(NHEJ)途径或同源定向修复(HDR)途径

兰德尔·普拉特成功地将Cas9酶植入小鼠胚胎，使其成为小鼠基因组的永久组成部分。Cas9小鼠已经成为CRISPR研究的重要工具，允许研究人员一次性针对多条DNA链并使它们全部突变。

一般来说，CRISPR研究是在小鼠身上进行的。自20世纪80年代以来，转基因小鼠一直是标准的试验对象。人类和老鼠在大约8000万年前拥有共同的祖先，今天老鼠的基因组被认为与人类的基因组非常相似，估计在70%到85%之间。老鼠还会患上复杂的疾病，影响它们的免疫系统和大脑。

CRISPR过程在多个阶段都有可能出现错误。首先，gRNA会偏离目标，与不相同的目标DNA链结合，修改错误的序列。在研究环境中，gRNA最好与目标DNA相同，并且在目标基因组中没有其他同源链。此外，当重新连接目标DNA时，非同源端连接(NHEJ)途径经常导致小的随机插入或删除。

CRISPR可以用来编辑和删除DNA的某些特定区域。CRISPR对哪类DNA区域的编辑/修饰最容易出错?

一个。着丝粒序列
B。小RNA簇区域
C。短串联重复序列
D。GAPDH开放阅读框

须考虑的问题:提出一些改进CRISPR过程以避免这些错误的方法。证明你的答案。

在此之前，锌指(ZFs)和转录激活物样效应器(TALEs)是基因编辑的主要工具。但两者都需要为每个基因组目标构建定制的dna结合蛋白。它们既昂贵又耗时。然而，crispr使用标准的Cas切割酶(通常是Cas9)和从目标基因组拼接的短gRNA序列。从本质上讲，研究人员可以将他们想要靶向的突变基因连接到标准的切割工具上，然后设置它来删除或突变目标DNA。