基因编辑技术的方法、原理及应用
基因编辑技术的原理与实验方法
基因编辑技术的原理与实验方法基因编辑技术是一种能够精确改变生物体基因组的方法，它在医学、农业、生物研究等领域具有重要的应用价值。
本文将重点介绍基因编辑技术的原理和实验方法，以帮助读者了解该技术的基本原理及其实验操作。
一、基因编辑技术的原理基因编辑技术是指通过针对生物体基因组进行特定位点的改变，来实现对目标基因的修饰。
目前最常用的基因编辑工具是CRISPR-Cas9系统。
CRISPR是一种细菌天然免疫系统，它能够识别并切割入侵细菌的外源基因组（如病毒基因组）。
Cas9是CRISPR系统中的一种酶，它作为一个“剪刀”，可以精确切割特定序列的DNA。
基因编辑的主要步骤如下：1. 选择目标基因：首先确定要编辑的目标基因，并确定编辑的目的，如基因突变、插入或删除等。
2. 设计引导RNA（gRNA）：根据目标基因的序列，设计合适的gRNA，可以指导Cas9酶精确识别目标序列。
3. 载体构建：将gRNA和Cas9基因组装到载体中，以便在细胞内表达。
4. 导入细胞：通过转染或病毒载体等方式将构建好的基因编辑复合物导入目标细胞。
5. 基因编辑：在细胞内，Cas9酶与gRNA结合，形成一个复合物。
复合物会识别目标位点，引发DNA双链断裂。
细胞为了修复断裂的DNA链，会启动其自身的修复机制。
二、基因编辑技术的实验方法1. CRISPR-Cas9系统CRISPR-Cas9系统的使用便捷、高效且成本相对较低，因此成为最流行的基因编辑工具。
具体操作步骤如下：（1）设计gRNA：选择目标基因组的特定序列，设计合适的gRNA，以便Cas9酶能够识别和切割。
（2）载体构建：将gRNA和Cas9蛋白基因构建到相应的表达载体中。
（3）细胞培养：培养目标细胞（如细胞系或原代细胞）至适当的生长状态。
（4）转染：通过转染方法（如细胞培养基添加转染试剂、电穿孔等方法），将构建好的CRISPR-Cas9复合物导入目标细胞。
（5）筛选和鉴定：筛选转染细胞并分离单克隆，通过PCR、测序等方法检测基因编辑效果。
了解CRISPR基因编辑技术的原理与应用
了解CRISPR基因编辑技术的原理与应用随着科技的不断发展，CRISPR基因编辑技术越来越受到广泛关注。
本文将介绍CRISPR基因编辑技术的原理以及其在科学研究、医学治疗和农业改良等领域的应用。
一、CRISPR基因编辑技术的原理CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）基因编辑技术是一种利用细菌天然免疫机制的技术。
它最早被发现于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌中，用于抵御病毒侵袭。
CRISPR系统主要包括CRISPR序列和Cas蛋白两部分。
CRISPR序列是由一系列重复序列和间隔序列组成，间隔序列中夹杂着自然界中的病毒DNA片段。
而Cas蛋白则是CRISPR系统中的重要组成部分，具有核酸以及外切酶活性。
CRISPR基因编辑技术的原理主要分为三个步骤：识别、切割和修复。
首先，CRISPR-Cas9复合物通过指导RNA (sgRNA)的引导，将Cas9蛋白精确地定位到目标DNA的特定序列上。
这一过程需要依靠CRISPR序列的间隔序列与靶向基因的DNA序列互补配对。
一旦配对成功，Cas9蛋白就能够通过酶活性切割目标DNA，引起DNA序列的断裂。
接下来，细胞会启动DNA修复机制来修复这些断裂。
有两种常见的DNA修复途径：非同源末端连接 (NHEJ) 和同源重组 (HDR)。
在非同源末端连接途径中，细胞会通过直接连接断裂的DNA末端来修复断裂位点，导致插入缺失或错义突变。
而在同源重组途径中，细胞通过利用同源染色体或DNA模板来修复断裂位点，实现精确的基因修饰。
二、CRISPR基因编辑技术的应用1. 科学研究：CRISPR基因编辑技术在科学研究中扮演着重要的角色。
科学家们可以利用该技术研究基因功能，探索疾病的发生机制等。
通过针对特定基因进行编辑，科学家能够了解基因在不同生物过程中的功能，进而为疾病的治疗提供指导。
2. 医学治疗：CRISPR基因编辑技术有望成为治疗多种基因相关疾病的突破。
基因编辑技术的原理及其在生物医学领域中的应用
基因编辑技术的原理及其在生物医学领域中的应用作为一项新起步的技术, 基因编辑技术近年来逐渐走入人们的视野，也越来越受到生物医学领域的关注和研究。
它可以通过改变基因序列的方法来影响生物体功能，为疾病治疗提供更多可能。
本文将介绍基因编辑技术的原理以及其在生物医学领域中的应用。
一、基因编辑技术的原理基因编辑技术主要分为三种方式，包括ZFN、TALN以及CRISPR/Cas9。
其中最常用的是CRISPR/Cas9方式。
1. CRISPR/Cas9方式CRISPR/Cas9是针对DNA的基因编辑方式，通过基因编码的RNA在某个特定的基因上结合，使CRISPR-Cas蛋白产生溶解效应酶使得特定的基因发生突变。
它是在原核细菌和古细菌中找到的一种防御机制，它可以识别到病毒入侵时病毒核酸，并用蛋白酶解的方式来破坏病毒核酸，被一些科学家用于针对人类基因序列的编辑。
首先，通过选择合适的靶向序列，针对特定DNA序列，引入具有特定序列的RNA，这意味着RNA会更容易地与首选靶标配对，让后就会吸引Cas9蛋白进入这样一段序列。
继而通过Cas9蛋白来切断基因序列的链状结构，在断链结构发生之后通过自体机制达到特定的治疗目的。
2. 其他方式除了CRISPR/Cas9之外，还有ZFN和TALN两种基因编辑方式。
ZFN使用的是手工单个核乳糖苷酸酶，同时使用蛋白工程技术，形成一种新的基因编辑工具。
TALN是利用一类被称作TAL 序列重叠的序列特征的DNA结合因子，脱氧核酸从而进行“编码”以及操作，包括“修剪”或添加新的DNA外来序列。
二、基因编辑技术在生物医学领域中的应用1. 用基因编辑技术治疗疾病基因编辑技术正在被广泛应用于疾病治疗。
它可以切除或激活特定基因，从而影响疾病的发生和进程。
比如，CRISPR/Cas9在人类中使用用于治疗囊肿性纤维化，并且在治疗中获得了显著的成功。
2. 生产更高质量的药物基因编辑技术在药物生产方面也发挥了巨大的作用。
基因编辑技术的原理与应用
基因编辑技术的原理与应用一、简介基因编辑技术是一种革命性的生物技术，它可以精准地对生物体的基因组进行修改，从而实现对基因的精确编辑和修饰。
在过去的几年中，基因编辑技术已经取得了巨大的进展，并在医学、农业、生物学等领域展现出了巨大的应用潜力。
二、基因编辑技术的原理基因编辑技术的原理主要基于一种叫做CRISPR-Cas9的系统。
CRISPR-Cas9是一种天然存在于细菌中的防御机制，它可以识别并剪切DNA分子中的特定序列。
科学家们利用这一系统，将其应用于基因组编辑中。
具体来说，CRISPR-Cas9系统由两部分组成：CRISPRRNA和Cas9蛋白。
CRISPRRNA可以识别特定的DNA序列，而Cas9蛋白则可以剪切这些DNA序列。
通过这种方式，科学家们可以实现对生物体基因组的高效编辑。
三、基因编辑技术的应用1. 医学领域基因编辑技术在医学领域具有巨大的潜力，可以用于治疗各种遗传疾病。
例如，科学家们可以利用基因编辑技术修复患者基因组中存在的突变，从而治疗一些罕见病和遗传病。
另外，基因编辑还可以用于癌症治疗、器官移植等领域。
2. 农业领域在农业领域，基因编辑技术可以用于改良作物、提高作物的产量和抗病性。
通过基因编辑，科学家们可以使作物具有更好的抗虫性、耐旱性、耐盐性等特性，从而提高农作物的产量和品质。
3. 生物学领域在生物学研究中，基因编辑技术也发挥着重要的作用。
科学家们可以利用基因编辑技术对实验动物进行基因组编辑，从而研究基因在生物体内的功能和作用机制。
基因编辑技术还可以用于构建基因敲除模型、基因突变模型，为生物学研究提供重要工具。
四、基因编辑技术的未来展望基因编辑技术作为一种革命性的生物技术，具有巨大的潜力和广阔的应用前景。
随着技术的不断进步，基因编辑技术将在医学、农业、生物学等领域发挥越来越重要的作用，为人类带来更多的福祉。
通过对基因编辑技术的原理和应用的了解，我们可以看到这项技术的巨大潜力和广阔前景。
基因编辑技术的原理与应用
基因编辑技术的原理与应用基因编辑技术是一种革命性的生物技术，它可以精确地修改生物体的基因组。
这项技术的出现，为人类解决许多疾病和农业问题提供了全新的可能性。
本文将介绍基因编辑技术的原理和应用。
一、基因编辑技术的原理基因编辑技术的核心原理是通过特定的酶系统，将DNA序列中的特定碱基替换成其他碱基，或者插入新的DNA序列。
其中最常用的基因编辑技术是CRISPR-Cas9系统。
CRISPR-Cas9系统由两部分组成，CRISPR和Cas9。
CRISPR是一种存在于细菌和古菌中的DNA序列，具有与外来DNA序列结合的能力。
Cas9是一种酶，可以剪切DNA分子。
当细菌或古菌感染外来病毒时，CRISPR会记录下病毒的DNA 序列，并将其嵌入到自身的基因组中。
当下一次感染同一病毒时，CRISPR会识别并与Cas9结合，形成一个复合物。
这个复合物可以识别并剪切与CRISPR匹配的DNA序列，从而阻止病毒的复制。
基于这一原理，科学家们发现可以利用CRISPR-Cas9系统来编辑人类和其他生物的基因。
首先，科学家会设计一段与目标基因序列相匹配的CRISPR。
然后，他们将CRISPR和Cas9导入到目标细胞中。
一旦CRISPR与目标基因序列结合，Cas9会剪切目标基因序列，从而实现基因的编辑。
二、基因编辑技术的应用1. 治疗遗传性疾病基因编辑技术为治疗遗传性疾病提供了新的途径。
通过编辑患者体内的异常基因，可以修复或替换有缺陷的基因，从而治疗或预防疾病的发生。
例如，利用基因编辑技术，科学家们成功地修复了一些遗传性疾病，如囊性纤维化和遗传性失明。
2. 增强农作物的抗性和产量基因编辑技术可以用于改良农作物，提高其抗性和产量。
通过编辑农作物的基因，可以使其更耐旱、耐病或更高产。
这将有助于解决全球粮食安全问题，并减少对化学农药和化肥的依赖。
3. 生物学研究基因编辑技术在生物学研究中扮演着重要角色。
它可以用于研究基因的功能和相互作用。
基因编辑技术及其应用
基因编辑技术及其应用随着科学技术的不断发展，基因编辑技术已经成为近年来备受关注的热门科技。
基因编辑技术是指通过人工手段对细胞或生物体的基因序列进行定向修改的一项技术，主要可以用于研究基因功能、基因治疗、农业生产等领域。
一、基因编辑技术的原理基因编辑技术的原理是利用某些蛋白质或核酸特异性结合目标DNA序列的特性，根据需要精确地切除、改造或替换位于这些目标序列的遗传信息。
常用的基因编辑技术主要包括CRISPR/Cas9、TALENS和ZFN等。
二、基因编辑技术的应用1.基因治疗基因编辑技术可以用于治疗多种遗传性疾病，例如囊性纤维病、脆性X综合征、地中海贫血等。
切除或改造有害遗传信息可以让患者摆脱疾病的折磨，恢复健康。
2.转基因作物基因编辑技术可以轻松地对目标植物进行基因改造，改善其产量、耐荒能力等。
这可以帮助农民提高效益，同时保护环境，减少有害化肥和农药的使用。
3.基因治疗动物基因编辑技术可以用于治疗动物的遗传性疾病，例如猫和狗的遗传性致盲症。
此外，还可以实现人工定向改造动物体的遗传信息，例如制造出金丝猴或小猪等宠物的优质品种。
4.科学研究基因编辑技术可以用于研究各种生物现象和分子机制，如肿瘤起源、免疫应答、脑神经生物学等。
这可以帮助科学家更深入地研究人类的生命领域，再现人的起源和演化的历程。
三、基因编辑技术的局限性虽然基因编辑技术在科技领域有着广泛的应用前景，但是也存在着一些局限性。
其中最重要的是其安全性和伦理问题的考虑。
此外，基因编辑技术的成本依然较高，同时也需要通过众多的实验才能够达到一定的效果。
因此，该项技术的推广方向需要根据实际的应用场景来进行科学的决策。
结论总的来说，基因编辑技术是一项具有广泛应用前景的科技，同时其安全性和伦理问题等需要不断优化和解决。
在未来，基因编辑技术将会成为科技创新的重要领域之一。
我们应该与时俱进，积极探索其应用，并且不断为其发展提供理论和应用方向。
分子遗传学中的基因编辑技术及其应用
分子遗传学中的基因编辑技术及其应用随着科技的飞速发展，基因编辑技术已成为分子遗传学领域中的热门研究方向。
基因编辑技术能够准确、高效地修改生物个体的基因结构和功能，为生命科学、农业、医药等领域的研究和应用提供了新的工具和思路。
本文将介绍基因编辑技术的原理、方法和应用。
一、基因编辑技术的原理基因编辑技术的主要原理是利用人工合成的核酸酶靶向特定的基因序列，切断或插入DNA分子，以达到修改基因结构和功能的目的。
常用的基因编辑技术包括锌指核酸酶技术（ZFN）、转录激活样效应核酸酶技术（TALEN）和CRISPR-Cas9技术。
锌指核酸酶技术是利用锌指蛋白与DNA结合的特异性来识别目标基因序列的方法。
将几个不同的锌指蛋白连成一串，即可识别更长的目标序列。
然后将核酸酶连接到锌指蛋白上，通过切断或插入DNA分子来实现基因编辑。
TALEN技术是基于转录激活样效应蛋白的DNA识别和切割机制的。
TALEN蛋白由一个转录激活蛋白结构域和一个核酸酶结构域组成。
识别DNA序列的是转录激活蛋白结构域，核酸酶结构域负责切断或插入DNA分子。
CRISPR-Cas9技术是一种最新、最流行的基因编辑技术。
CRISPR是一种细菌和古菌天然免疫系统，通过攻击外源基因（如病毒）来保护细胞自身。
Cas9是CRISPR系统中的核酸酶，可精准识别和切割目标基因序列。
二、基因编辑技术的方法基因编辑技术的方法主要分为三个步骤：设计和合成靶向结构域、育种和验证。
设计和合成靶向结构域分为三个步骤：选择合适的靶向位点（如编码蛋白质的外显子区域）、设计和合成核酸酶RNA（用于识别和切割DNA分子）以及将核酸酶RNA导入到目标细胞中。
育种步骤包括将靶向核酸酶RNA和Cas9蛋白导入到目标细胞中，然后观察各种基因编辑现象，如缺失、插入、替换和合并等。
此时需要使用断电重组、辅助受体、电穿孔和基因枪等工具来帮助导入靶向核酸酶RNA和Cas9蛋白。
验证步骤是对育种步骤的结果进行验证，包括PCR、序列分析、蛋白质表达等方法。
生物学基因编辑技术的原理与应用
生物学基因编辑技术的原理与应用基因编辑技术是近年来生物学领域的一项突破性技术，它被广泛应用于基因研究、治疗疾病和优化生物种质等方面。
本文将介绍生物学基因编辑技术的原理和主要应用。
一、基因编辑技术的原理基因编辑技术主要通过特定的酶系统改变生物体的基因序列，以实现精确的基因组操作。
目前最常用的基因编辑技术包括锌指核酸酶（ZFN）、转录活化因子样效应核酸酶（TALEN）、CRISPR/Cas9等。
1. 锌指核酸酶（ZFN）锌指核酸酶是一种DNA结合蛋白，由锌指结构域和核酸酶结构域组成。
通过引入特定的锌指蛋白，可以使其与DNA靶标特异性结合，并切割DNA分子，从而实现基因组编辑。
2. 转录活化因子样效应核酸酶（TALEN）TALEN是一种由转录活化因子结构域和核酸酶结构域组成的人工构建蛋白。
它可以与目标DNA特异性结合，并在目标位点引发DNA双链断裂，从而与细胞内自我修复机制相互作用，实现基因组编辑。
3. CRISPR/Cas9CRISPR/Cas9是目前最为流行的基因编辑技术，它利用CRISPR RNA（crRNA）和转录单元RNA（tracrRNA）引导Cas9核酸酶特异性结合到目标基因组中，形成DNA双链断裂，再通过DNA修复机制改变基因组序列。
二、基因编辑技术的应用1. 研究基因功能基因编辑技术可以用于研究基因的功能和作用机制。
通过特定的编辑技术，可以删除、插入或修饰目标基因，以观察其对生物体生理、发育和疾病等方面的影响，为研究基因的功能和相关疾病的发生机制提供重要依据。
2. 治疗基因疾病基因编辑技术被广泛应用于治疗基因疾病。
通过修复或替代异常基因，可以纠正遗传性疾病的发生。
例如，利用基因编辑技术可以修复人类干细胞中的异常基因，然后将其转化为正常的组织细胞用于治疗疾病。
3. 农作物改良基因编辑技术在农业领域有着广阔的应用前景。
通过编辑植物基因组，可以提高植物的农产品产量、质量和抗病能力，实现农作物的优化和改良。
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Hans Journal of Biomedicine 生物医学, 2015, 5, 32-41Published Online July 2015 in Hans. /journal/hjbm/10.12677/hjbm.2015.53005Methods, Principles and Application ofGene EditingYuchang Zhu1, Xiaojiang Zheng1, Yibing Hu2*1School of Biological Science and Technology, Hubei University for Nationalities, Enshi Hubei2College of Resources & Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing JiangsuEmail: *huyb@Received: Jul. 1st, 2015; accepted: Jul. 24th, 2015; published: Jul. 27th, 2015Copyright © 2015 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractFast development of gene editing technologies provides more powerful tools for gene function analysis. Now researchers can easily manipulate targeted gene with the Zinc Finger Nuclease (FZN), Transcription Activation Like Effector Nuclease (TALEN) and Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR-associated proteins (CRISPR) technologies emerged in the last dec-ade. These technologies revolutionized gene functional analysis and medical treatment. In this re-view, several typical gene editing technologies were listed, and their principles, characteristics and application were discussed.KeywordsGene Editing, Methods, Principles, Application基因编辑技术的方法、原理及应用朱玉昌1，郑小江1，胡一兵2*1湖北民族学院生物科学与技术学院，湖北恩施2南京农业大学资源与环境科学学院，江苏南京Email: *huyb@收稿日期：2015年7月1日；录用日期：2015年7月24日；发布日期：2015年7月27日*通讯作者。
基因编辑技术的方法、原理及应用摘要基因编辑技术的飞速发展为基因功能研究工作提供了更多有力的工具。
近十年来相继出现的锌指核酸酶(FZN)、转录激活子样效应因子核酸酶(TALEN)以及规律性间隔的短回文序列重复簇(CRISPR)已经可以让研究人员很方便的对特定的目的基因进行突变、修复或替换等操作，从而为生物学研究及医学治疗领域带来革命性的变化。
本文就有代表性的基因编辑技术的种类、原理及其研究进展进行了综述，并对它们各自的特点及应用前景和值得进一步研究的问题进行了探讨。
关键词基因编辑，方法，原理，应用1. 引言随着DNA测序技术的快速进步，越来越多的物种基因组序列成为已知，但鉴定这些基因的功能仍然是一项十分艰巨的任务。
作为鉴定基因功能最重要的策略，获得其突变体是优先考虑的手段。
然而，无论是依赖自发突变还是通过物理、化学手段如射线和化学诱变剂处理，或者利用转座子以及T-DAN插入，都只能被动的获得随机出现的基因突变体材料，并且基因出现突变的频率通常较低。
因此，虽然过去运用这些手段对很多基因的功能鉴定提供了巨大的帮助，但它们目前已经难以满足日益扩大的基因功能研究的需求。
令人鼓舞的是，近十年来基因编辑技术的出现为克服上述矛盾开辟了新的途径，特别是锌指核酸酶(FZN)和转录激活子样效应因子核酸酶(TALEN)以及最近发展起来的规律性间隔的短回文序列重复簇(CRISPR)技术，为基因编辑提供了前所未有的方便和快捷，吸引了全世界研究人员的广泛关注。
基因编辑就是通过对细胞基因组中目的基因的一段核苷酸序列甚至是单个核苷酸进行替换、切除，增加或者是插入外源的DNA序列，使之产生可遗传的改变[1]-[3]。
与射线或化学诱变剂导致的DNA随机突变不同的是，基因编辑技术是定向改变基因的组成和结构，具有高效、可控和定向操作的特点。
因此，基因编辑技术被麻省理工科技评论评为2014年十大突破性科学技术(/lists/technologies/2014/)，其中CRISPR还获得2015年度生命科学突破奖(https:///News/21)。
虽然各种基因编辑技术的原理及作用方式并不相同，但它们的共同之处是基因编辑都建立在使目标基因DNA产生双链断裂(Double Strand Breaking, DSB)的基础上。
因为DNA分子单链断裂或缺失后容易被细胞内的各种修复机制所修复而不产生任何改变[4]，但DNA双链断裂的结果则有很大的不同。
细胞内DNA双链断裂的修复有两种方式，即同源重组修复(Homologous Recombination, HR)和非同源末端链接修复(Non-Homologous End Join, NHEJ) [5] [6]。
当DNA发生双链断裂后，如果细胞内存在与裂口两端同源的序列，则进行同源重组修复，外源DNA片段可借此插入断裂序列中对原来的基因进行敲除或将外源基因插入基因组DNA而形成所谓的基因敲入；若细胞内无同源序列存在，双链断裂的DNA分子则通过NHEJ连接，由于无模板可以利用，这种“硬”连接容易导致碱基的缺失、增加或改变而引起突变。
实际上，无论是HR修复还是NHEJ修复，都可以产生较于原来基因的不同变化。
虽然DNA双链断裂对基因组而言是严重的伤害[7]，但这种变化正是研究基因功能所需要的。
下面我们就基因编辑技术的种类及其特点分别进行简单的介绍。
基因编辑技术的方法、原理及应用2. 同源重组(Homologous Recombination, HR)从使基因发生定向改变这个角度而言，早期的基因编辑技术可以追溯到同源重组这种方法。
基于同源重组的基因编辑被称为基因打靶或基因靶向技术(gene targeting)，例如依赖大肠杆菌细胞内的Rec A或酵母的RAD54重组酶，基因靶向技术可以对目标基因或基因的部分序列进行替换、删除，或在细胞内存在同源序列的情况下插入外源DNA序列。
运用同源重组对基因进行编辑的方法已经在微生物、植物和动物中取得了成功[2]。
不过，该方法的一个主要局限在于重组频率低，约为10−4~10−5[2]。
虽然对微生物及培养的动物细胞系、甚至对一些苔藓植物如小立碗藓来说，同源重组技术可以获得满意的基因编辑效率，但对高等植物或动物，基于同源重组的基因靶向技术由于效率太低，在实践上难以广泛应用，尽管也有少数成功的例子[8] [9]。
据分析，高等动、植物中同源重组效率低下的原因可能在于这些细胞内同源重组酶的效率不高，因为有研究显示，转入外源的同源重组酶基因后，这些物种中的同源重组效率提高了一个数量级[8] [9]。
3. 锌指核酸酶(Zinc Finger Nuclease, FZN)人工核酸酶FZN可以算是第一种具有普遍适用性的基因编辑技术。
我们知道，分子生物学中广泛使用的工具酶主要是II型限制性核酸内切酶，绝大多数情况下这些酶的切割位点位于其DNA识别序列之中。
不过，IIS型的核酸内切酶(如Fok I)则不同，其识别序列和切割序列相距9个核苷酸，并且切割和识别功能分别由酶蛋白的不同结构域完成。
人工核酸酶正是利用了IIS型核酸内切酶的这一特点，在保留它的非特异的酶切割功能结构域的基础上，将其DNA识别结构域用能够识别特定核苷酸序列的、人工合成的结构域取代，这样就构成了能够根据人们的需要而识别特定DNA序列并进行切割的人工核酸酶。
按此原理构建的锌指核酸酶FZN就是由一系列锌指结构单元与Fok I的核酸酶切活性区域组合而成的(图1)，它具有对特定的DNA序列进行识别和切割的能力。
FZN对不同DNA序列识别的机理在于组成其锌指蛋白基元(Motif)的种类及排列方式。
锌指结构是很早就发现的一类能与DNA分子相互作用的蛋白结构基元。
在人类基因组中，约有3%蛋白含有这样的结构[10]。
锌指结构基元一般由30个左右的氨基酸组成，其结合锌离子的保守氨基酸为四个半胱氨酸残基(Cys-)或两个半胱氨酸残基和两个组氨酸残基(His-)。
空间结构上，锌指结构从N端到C端由两个反向的β平行结构和一个α螺旋组成。
α螺旋的1、3、6位氨基酸残基分别特异性的结合其识别DNA分子中三个连续的碱基[11] [12]，亦即不同的锌指结构基元中其α螺旋的1、3、6位上氨基酸残基是不同的，因此，将不同的锌指结构单位(通常3~6个)组合起来就可以形成识别18~36 bp的一段双链DNA序列。
所以，选择不同的锌指结构单位组合起来并且和Fok I连接，就构成了能针对特定的目标序列进行切割的人工核酸酶(图1)。
不仅如此，Fok I需要形成二聚体才具有酶切活性[13]，虽然Fok I自身二聚化也能产生对DNA的切割作用，但切割效率极低并且容易产生非特异切割，所以在设计FZN时，还需要对Fok I进行突变，使之不能形成同源二聚体；并且研究显示，当两个结合不同靶序列的突变Fok I相距5~6 bp就可以形成异源二聚体而具有酶切功能，这样设计的另一个优点是可以增加FZN识别的特异性[14]。
FZN这种基因编辑方法在一系列的模式生物中都获得了成功[15]，研究显示FZN基因编辑效率约为30%，相对于同源重组，其编辑效率无疑具有了质的提高。