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《狂暴巨兽》里的基因编辑到底是什么

最近上映的科幻电影《狂暴巨兽》让基因编辑技术火了一把,大猩猩、飞狼和鳄鱼被好莱坞电影编剧套用基因编辑的概念,“改造”成了巨型的、极具攻击性的“狂暴怪兽”。

然而,基因编辑到底是什么?

基因编辑是指对基因组进行定点修饰的一项新技术。利用该技术,可以精确地定位到基因组的某一位点上,在此位点上借助特异性DNA双链断裂,激活细胞的天然修复机制,对原有基因组进行编辑,此过程模拟了基因的自然突变,真正达到“编辑基因”。

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细胞天然修复机制包括非同源末端连接和同源重组修复两条途径。非同源末端连接是在断裂的DNA修复重连的过程中发生碱基随机插入或丢失,一定机率造成移码突变使基因失活,实现目的基因敲除。同源重组修复是在一个带有同源臂的重组供体的情况下,供体中外源目的基因会通过同源重组完整地整合到靶位点,不会出现随机的碱基插入或丢失。

目前主要的基因编辑技术有ZFN(Zinc finger nuclease)、TALENS(Transcription activator-like effector nucleases)、CRISPR(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)-Cpf1、CRISPR-Cas9等。

据最早发表在《Science》上关于CRISPR的文章表明,在病毒攻击后,细菌整合了来自噬菌体基因组新的串联间隔重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,即CRISPR),CRISPR与相关的Cas基因一起使细菌对噬菌体产生了特异性的抗性。CRISPR技术的出现和发展,使基因编辑技术的发展大幅加快,更加简便和经济,进而在基础研究、基因治疗及遗传改良等方面展现出强大的力量和巨大的潜力,在生命科学领域掀起研究的热潮。

基因编辑在现代农业领域有什么应用?

很多人会将基因编辑技术与转基因技术相联系,其实它们是两种不完全相同的技术。

转基因技术是将外源基因插入到作物基因组中,使作物具有某种特定性状。转基因插入的基因片段在受体基因组中插入的位置是随机的,并不固定。在农业育种上,科学家通过农业生物技术可以将另一物种中的某些基因转到作物中,以达到抗虫、抗病、耐除草剂等目的。例如,Bt基因是来自苏云金芽胞杆菌的一段DNA序列,将这段来自细菌的序列通过转基因技术转到棉花中,相应的转基因棉花就会表达Bt蛋白,从而达到杀死棉铃虫、保护棉花的目的。

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基因编辑技术除了可以插入外源基因,也可以实现无外源基因插入,只是对作物内部存在的基因进行修饰。基因编辑技术通常是将作物本身的一些“非优势基因”敲除,去劣存优,这需要在基因组上精准地找到目标基因,通过基因定点编辑将目标基因去掉。在最终获得的植株中,没有外源基因成分,具有与常规诱变品种无差别的优点,因此在作物改良的生产应用上更为安全。

国际最新监管趋势指向哪里?

国际上最新的相关监管进展,是美国农业部2018年3月的声明。声明表示,在作物育种中,如果基因修饰的过程不涉及植物病毒启动子、终止子等有害生物遗传元件,不涉及有害生物的外源基因,无有害生物介导,美国农业部就不需要监管。

中国对基因编辑产品是否需要监管及如何监管尚未有政策出台,但倾向于:如果是内源基因敲除,或仅有个别碱基插入或缺失,则简化监管流程;如果有外源基因插入,则和以往的转基因作物实行同等监管。

看到这里,你是否对基因编辑有了一定的了解?当然,技术本身都是中性的,至于对人类和世界会带来好的还是不好的影响,最终还是取决于技术被如何应用。令人欣慰的是,基因编辑技术正在医学、农业等多个生物领域带来新的变革。基因编辑的未来,让我们拭目以待吧!

参考资料:

1. "CRISPR Provides Acquired Resistance Against Viruses in Prokaryotes", science, Mar 23, 2007

2. Secretary Perdue Issues USDA Statement on Plant Breeding Innovation, U.S. Department of Agriculture, Mar 28, 2018

3.《重磅推荐|CRISPR领域的20篇奠基性文章解析(张锋达到5篇,值得收藏)》,iNature,2017年11月7日

4.《基因编辑为育种带来新天地 》,基因组编辑,2017年11月4日

5.《基因编辑“进军”农业育种》,中国科学报,2017年1月3日

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