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在小鼠細(xì)胞中利用CRISPR-Cas9技術(shù)高效進(jìn)行基因組編輯

摘要:通過與VanTrungChu博士合作,來自Rajewsky教授領(lǐng)導(dǎo)的這個(gè)團(tuán)隊(duì)的博士生RobinGraf在小鼠的B細(xì)胞中測(cè)試了這個(gè)系統(tǒng)。

  為了利用CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)切割基因,人們必需設(shè)計(jì)一種與靶基因的DNA相匹配的RNA序列。大多數(shù)基因具有上百個(gè)這樣的在基因組中的活性和獨(dú)特性上存在差異的序列。因此,尋找最佳的序列很難通過手工實(shí)現(xiàn)。一種新的“CrispRGold”程序有助科學(xué)家們鑒定出最為高效的和最為特異性的RNA序列。這種程序是由德國(guó)馬克斯-德爾布呂克分子醫(yī)學(xué)中心科學(xué)家KlausRajewsky教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的。該團(tuán)隊(duì)也開發(fā)出一種新的已攜帶Cas9蛋白的模式小鼠。將這種模式小鼠和這些可靠的RNA序列結(jié)合在一起導(dǎo)致原代細(xì)胞中的基因高效地失活。這就使得研究人員能夠發(fā)現(xiàn)參與免疫細(xì)胞調(diào)節(jié)的新基因。

  對(duì)很多分子生物學(xué)家而言,發(fā)現(xiàn)這種CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)代表著研究上的一種新的里程碑:最終,基因組DNA能夠被高效地和高精準(zhǔn)地切割,從而能夠讓基因失活、修飾或重新導(dǎo)入。

  這僅需一種將Cas9酶帶到將被切割的DNA位點(diǎn)上的RNA片段。這種RNA片段被稱作單向?qū)NA(sgRNA),含有長(zhǎng)20個(gè)堿基(A、U、C或G)的與基因組靶位點(diǎn)互補(bǔ)的序列。在此之前,科學(xué)家們不得不通過手工費(fèi)力地選擇或者利用多種在線工具選擇sgRNA。在某些情形下,人們并不確定所選的sgRNA是否將Cas9酶攜帶到基因組上合適的位點(diǎn)或者一種類似的但不是所想要的位點(diǎn),以及這種sgRNA的效率是否比較高。

  這種新的“CrispRGold”程序使得讓特定基因失去功能變得更加簡(jiǎn)單。它尋找確定的DNA靶序列以便鑒定出進(jìn)行切割的最佳位點(diǎn)并且提示一種在遺傳物質(zhì)上獨(dú)特的僅運(yùn)送Cas9蛋白到所需位點(diǎn)上的sgRNA序列然后能夠切割靶基因以至于它不能夠發(fā)揮功能。這種程序是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和這些序列的獨(dú)特性和其他性質(zhì)而被開發(fā)出來的。

  通過與VanTrungChu博士合作,來自Rajewsky教授領(lǐng)導(dǎo)的這個(gè)團(tuán)隊(duì)的博士生RobinGraf在小鼠的B細(xì)胞中測(cè)試了這個(gè)系統(tǒng)。這些細(xì)胞不能夠在體外培養(yǎng)非常長(zhǎng)的時(shí)間,這是因?yàn)樗鼈儾粫?huì)它們的自然環(huán)境外存活較長(zhǎng)的時(shí)間。因此,基因在很多B細(xì)胞中必需盡可能快地失活以便研究它們的功能。Chu通過培養(yǎng)一種產(chǎn)生大量的但是具有良好數(shù)量耐受性的Cas9蛋白的轉(zhuǎn)基因小鼠品系而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

  研究人員隨后從這些小鼠體內(nèi)分離出B細(xì)胞,將單個(gè)基因特異性的sgRNA運(yùn)送到這些細(xì)胞中。Graf說,利用CrispRGold程序設(shè)計(jì)出的sgRNA在平均80%的這些細(xì)胞中高重復(fù)率地破壞這些靶基因。“在這種類型的低通量實(shí)驗(yàn)中,高效率和低錯(cuò)誤率是絕對(duì)必要的。”

  研究人員利用他們的新方法鑒定出許多種之前未知的參與B細(xì)胞發(fā)育的基因。Graf說,這種CrispRGold程序如今將被發(fā)布到網(wǎng)上,這樣它能夠被全世界的科學(xué)家們使用:“這種程序能夠輕松地用于來自一系列有機(jī)體中的其他類型的細(xì)胞中。它也可能在臨床應(yīng)用中具有重要意義---它將序列獨(dú)特性視為一種高度優(yōu)先因素,因而使得對(duì)潛在不想要的基因的修飾最小化,這也是在基因療法中必需不惜一切代價(jià)加以避免的。”

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