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Genome editing. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. ​

文献信息 ​

PMID25430774
期刊Science (New York, N.Y.)
影响因子45.8
JCR 分区Q1
发表年份2014
被引次数2773
关键词基因组编辑, CRISPR-Cas9, 生物技术
文献类型Journal Article, Research Support, N.I.H., Extramural, Research Support, Non-U.S. Gov't, Research Support, U.S. Gov't, Non-P.H.S., Review
ISSN0036-8075
页码1258096
期号346(6213)
作者Jennifer A Doudna, Emmanuelle Charpentier

一句话小结 ​

本研究回顾了CRISPR-Cas9系统的发展历程，强调其在基因组工程中的革命性影响，显示了该技术在多个生物领域中对基因组修改和调控的广泛应用潜力。这一进展不仅突破了基因组操控的瓶颈，还为生物学基础研究和生物技术的应用提供了新的机遇。

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基因组编辑 · CRISPR-Cas9 · 生物技术

摘要 ​

利用细菌RNA引导的CRISPR-Cas9系统进行便捷基因组工程的出现正在改变生物学。我们回顾了CRISPR（成簇规律间隔的回文重复序列）生物学的历史，从其最初的发现到CRISPR-Cas9酶机制的阐明，这为利用该技术在所有生命的三个领域中的各种细胞和生物中修改、调控或标记基因组位点的显著进展奠定了基础。这些结果突显了一个新时代的到来，在这个时代，基因组操控不再是实验的瓶颈，为生物学的基础发现铺平了道路，并在生物技术的所有分支及人类治疗策略中具有应用潜力。

英文摘要 ​

The advent of facile genome engineering using the bacterial RNA-guided CRISPR-Cas9 system in animals and plants is transforming biology. We review the history of CRISPR (clustered regularly interspaced palindromic repeat) biology from its initial discovery through the elucidation of the CRISPR-Cas9 enzyme mechanism, which has set the stage for remarkable developments using this technology to modify, regulate, or mark genomic loci in a wide variety of cells and organisms from all three domains of life. These results highlight a new era in which genomic manipulation is no longer a bottleneck to experiments, paving the way toward fundamental discoveries in biology, with applications in all branches of biotechnology, as well as strategies for human therapeutics.

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主要研究问题 ​

  1. CRISPR-Cas9技术在植物基因组编辑中的具体应用案例有哪些？
  2. 除了CRISPR-Cas9，还有哪些其他基因组编辑技术正在发展？它们的优势和劣势是什么？
  3. CRISPR-Cas9技术在医学领域的潜在应用及其伦理问题有哪些？
  4. 如何评估CRISPR-Cas9编辑后基因组的安全性和有效性？
  5. CRISPR技术的进展对未来生物技术和人类健康的影响是什么？

核心洞察 ​

1. 研究背景和目的 ​

CRISPR-Cas9系统的出现为基因组编辑提供了一种简便而高效的工具，极大地改变了生物学的研究方式。CRISPR（成簇的规律性间隔短回文重复序列）最初是在细菌中发现的，其后随着对CRISPR-Cas9酶机制的理解，科学家们开始探索其在动植物中的应用。研究的目的在于回顾CRISPR技术的发展历程，展示其在基因组修改、调节和标记方面的多样性应用，以及评估其对生物学研究和生物技术的深远影响。

2. 主要方法和发现 ​

文章首先回顾了CRISPR的历史，从其初次发现到CRISPR-Cas9酶机制的阐明，进而揭示了该技术在多种细胞和生物体中的应用。研究发现，CRISPR-Cas9不仅能够进行基因组的精准编辑，还可以用于调控基因表达或标记特定基因组位置。这一系列技术进展使得基因组操作不再是实验中的瓶颈，极大地推动了基础生物学的发现。

3. 核心结论 ​

CRISPR-Cas9的引入标志着基因组工程进入了一个新纪元，科学家们能够以更高的效率和准确性进行基因组修改。此技术的普遍适用性和灵活性使其在生物学研究中扮演了关键角色，并为人类治疗策略的开发提供了新机遇。

4. 研究意义和影响 ​

CRISPR-Cas9技术的应用不仅限于基础生物学的研究，还对生物技术的各个领域产生了深远的影响。它为农作物改良、疾病模型建立以及基因疗法的发展提供了新的方法论。随着技术的不断进步，CRISPR-Cas9可能会在个体化医学、遗传疾病的治疗以及新型生物材料的开发中发挥越来越重要的作用，推动生物科学和生物技术的革命性进展。

引用本文的文献 ​

  1. Zebrafish: a new companion for translational research in oncology. - Jorge Barriuso;Raghavendar Nagaraju;Adam Hurlstone - Clinical cancer research : an official journal of the American Association for Cancer Research (2015)
  2. Long non-coding RNAs in cancer and development: where do we go from here? - Monika Haemmerle;Tony Gutschner - International journal of molecular sciences (2015)
  3. Genomics: CRISPR engineering turns on genes. - Seung Woo Cho;Howard Y Chang - Nature (2015)
  4. Non-coding RNA: what is functional and what is junk? - Alexander F Palazzo;Eliza S Lee - Frontiers in genetics (2015)
  5. Induction of the pro-inflammatory NF-kB-sensitive miRNA-146a by human neurotrophic viruses. - James M Hill;Christian Clement;Yuhai Zhao;Walter J Lukiw - Frontiers in microbiology (2015)
  6. Dramatic enhancement of genome editing by CRISPR/Cas9 through improved guide RNA design. - Behnom Farboud;Barbara J Meyer - Genetics (2015)
  7. Rational design of a split-Cas9 enzyme complex. - Addison V Wright;Samuel H Sternberg;David W Taylor;Brett T Staahl;Jorge A Bardales;Jack E Kornfeld;Jennifer A Doudna - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2015)
  8. Efficient inversions and duplications of mammalian regulatory DNA elements and gene clusters by CRISPR/Cas9. - Jinhuan Li;Jia Shou;Ya Guo;Yuanxiao Tang;Yonghu Wu;Zhilian Jia;Yanan Zhai;Zhifeng Chen;Quan Xu;Qiang Wu - Journal of molecular cell biology (2015)
  9. Electrical synapses connect a network of gonadotropin releasing hormone neurons in a cichlid fish. - Yunyong Ma;Scott A Juntti;Caroline K Hu;John R Huguenard;Russell D Fernald - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2015)
  10. Silencing of end-joining repair for efficient site-specific gene insertion after TALEN/CRISPR mutagenesis in Aedes aegypti. - Sanjay Basu;Azadeh Aryan;Justin M Overcash;Glady Hazitha Samuel;Michelle A E Anderson;Timothy J Dahlem;Kevin M Myles;Zach N Adelman - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2015)

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