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CRISPR-Cas9基因编辑系统:原理、应用与流程解析

时间:2025-04-16 09:31:14
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CRISPR-Cas9
CRISPR-Cas9基因编辑系统
CRISPR-Cas9基因编辑系统由两个核心组分构成:具有DNA双链切割功能的Cas9蛋白(或其他同源蛋白)和一条具有导向功能的单链RNA(single guide RNA, sgRNA)。sgRNA通过碱基互补配对引导Cas9蛋白靶向基因组的特定位点,Cas9在该位点切割DNA双链,产生双链断裂(double-strand breaks, DSB)。DSB的形成触发细胞内部的DNA修复机制,真核细胞中主要通过两种途径修复:非同源末端连接(nonhomologous end joining, NHEJ)和同源重组(homology-directed repair, HR)。在同源重组修复中,断裂的染色体以完整的姐妹染色单体为模板进行精确修复;而在非同源末端连接修复中,DNA断裂处可能随机插入或缺失碱基,导致基因突变。研究表明,在细胞分裂的各个阶段,NHEJ的发生频率通常高于HR。

 

CRISPR-Cas9的多重应用
当sgRNA靶向单一基因时,CRISPR-Cas9可作为高效的基因编辑工具,用于基因敲除、插入或修饰。然而,当sgRNA设计为靶向全基因组序列时,该系统则升级为一种强大的全基因组筛选工具,广泛应用于功能基因的鉴定和复杂生物学过程的研究。

 

CRISPR-Cas9文库筛选
基于CRISPR-Cas9技术,研究人员可构建目标物种的全基因组敲除文库或与特定功能相关的基因敲除文库。通过功能性筛选和富集实验,结合后续的PCR扩增和深度测序分析,能够高效发掘与特定表型相关的基因。这一方法被称为CRISPR-Cas9文库筛选。
基于CRISPR-Cas9筛选的一般流程
  1. 文库设计与构建:设计覆盖全基因组或特定基因集的sgRNA文库,并将其克隆到表达载体中。
  2. 细胞转染:将sgRNA文库与Cas9表达质粒共转染到目标细胞中。
  3. 功能性筛选:通过特定的筛选条件(如药物处理、表型变化等)富集具有特定表型的细胞。
  4. 测序与分析:提取富集细胞中的sgRNA,进行深度测序和数据分析,鉴定与表型相关的基因。
CRISPR-Cas9筛选的应用领域
  • 信号通路解析:鉴定参与特定信号通路的关键基因。
  • 药物靶点发现:筛选与疾病相关的潜在药物靶点。
  • 药物机制研究:探索药物作用的分子机制。
  • 基因治疗开发:优化基因编辑策略,推动基因治疗应用。
通过CRISPR-Cas9技术,研究人员能够以高效、精准的方式解析基因功能,为生命科学和医学研究提供强有力的工具。

 

名称 货号 规格
CRISPR-Cas9 NBP2-36440MFV500 0.1ml
CRISPR-Cas9 NBP2-81124MFV450 0.1ml
CRISPR-Cas9 NBP2-52398MFV500 0.1ml
CRISPR-Cas9 505687-100ul 100ul