熱議的「基因敲除」如何實現,拿錘子敲掉基因?

2020-08-27 顫抖的基因

一、什麼是「基因敲除」?


拿一把「錘子」把「不想要的基因」敲掉嗎?這樣理解也是可以的,畢竟這句話已經道出了基因敲除的本質,只是還稍微有點片面而已。

基因敲除的正式定義是這樣的:用人們已經知道其序列的細胞外DNA片段,與目標細胞內的相似基因進行同源重組,結果要麼是重組位置的基因被外來基因代替,要麼是重組位置的基因被沉默。

說簡單點,所謂基因敲除就是使某個序列已知但功能未知的基因失去作用,讓生物失去某些功能,從而研究這個基因的功能的技術。

例如,就在2020年,科學家通過敲除小鼠睪丸中特異表達的CFAP61基因的,發現該基因敲除後的雄鼠不育,該小鼠的精子活力下降,出現精子鞭毛多發性形態異常等問題。科學家據此推測,CFAP61基因可能參與人類男性少、弱、畸精子症或其他纖毛疾病導致的男性不育。


二、為什麼「基因敲除」?

(1)研究基因功能:敲除某個基因,讓生物失去一些表現型,根據這些喪失的表現型來推測該基因的功能。如同「一」中的例子,小鼠睪丸中的CFAP61基因被敲除後不育,科學家據此推測CFAP61基因可能是導致人類男性不育的重要因子。

(2)治療疾病:基因治療屢見報導,最直接的做法是敲除某個突變基因或癌症基因使人類重獲健康,間接的做法是通過敲除基因尋找疾病的根源,據此作出合理的治療方案。

(3)改造生物或育種:敲除害蟲的「抗藥性基因」以便將其徹底滅絕,敲除抑制肌肉生長的基因以得到更加優質的肉牛品種,敲除人類某些「未知的基因」以便適應未來的太空生活等等。這一切聽起來十分具有科幻感,但它們卻已經開始發生。中國科學家在2 015的時候就通過CRISPR/Cas9敲除狗的骨骼肌生長抑制基因,成功創造出了「大力神」和「天犬」兩隻新種狗,據報導這兩隻狗由於缺失骨骼肌生長抑制基因的調控,它們的肌肉更加發達運動能力也更強。

三、如何進行「基因敲除」?

下面和我一起來看看科學家是如何得到一隻基因敲除小鼠模型的吧:

(1)先要獲得胚胎幹細胞,因為它具有分化成任何其它細胞的全能性,只要條件合適、方法得當,原則上它可以分化成任意你想要的細胞。

(2)需要構建基因敲除的載體,載體需要攜帶目的基因、同源DNA片段以及標記基因,其目的不同構建的方法也不盡相同。

(3)導入基因:此過程是將構建好的載體導入到事先準備好的胚胎幹細胞中,常用的方法有二,電擊法和顯微注射法,電擊法命中率低但方便操作、價格便宜,顯微注射法命中率高但操作麻煩、成本高。

(4)篩選目的細胞:用選擇性培養基篩選出能夠表達標記基因的胚胎幹細胞細胞,即為基因導入成功的細胞。

(5)導入小鼠囊胚:囊胚是胚胎發育的早期階段,受精卵經過卵裂形成許多較小的細胞,這些細胞圍繞形成一個中空的結構即為囊胚,囊胚是胚胎移植的終末階段,囊胚之後細胞開始分化,因此在此階段導入目的細胞最容易成功。

(6)表型觀察:通過觀察新生小鼠的表現型判斷是否敲除成功,有時還可能根據需要進行雜交或回交得到雜合子或純合子,以滿足不同研究的需要。

參考文獻:

《基因敲除技術研究進展》-高 宇等,2017年。

《CFAP61基因敲除雄鼠出現精子鞭毛多發性形態異常引起的不育》-黃濤等,2020年;


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