基因编辑技术的概念和原理
基因编辑技术简介
基因编辑技术简介基因编辑技术是一种革命性的生物技术，通过对生物体的基因进行精确的修改和改变，实现对生命活动的控制和调节。
这项技术的出现和发展为人类解决许多难题提供了新的可能性，也为医学、农业和环境等领域带来了巨大的变革。
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酶的引导，使其与目标基因发生特异性的结合，然后通过酶的催化作用来对目标基因进行剪切、修复或替换等操作，从而达到精确编辑基因的目的。
其中最常用且最受关注的基因编辑工具是CRISPR-Cas9系统。
二、CRISPR-Cas9系统的工作机制CRISPR-Cas9系统是一种起源于细菌的天然免疫系统，其主要工作机制可以概括为三个步骤：识别、切割和修复。
1. 识别：CRISPR-Cas9系统通过引导RNA（gRNA）的作用，能够特异性地与目标基因序列进行配对。
这样，Cas9酶就能准确地定位到目标位点上。
2. 切割：一旦Cas9酶与目标位点结合，它会通过其内在的核酸酶活性，将目标位点上的DNA链打断。
这样，可以引发细胞启动自身的DNA修复机制，从而实现对目标基因的修复和编辑。
3. 修复：细胞的DNA修复机制主要有两种方式，即非同源性末端连接（NHEJ）和同源重组（HR）。
NHEJ通常会导致插入或缺失特定的碱基，而HR则能够在两个双链DNA之间发生基因交换。
科学家可以通过控制修复方式，实现对基因的精确编辑。
三、基因编辑技术的应用领域基因编辑技术在医学、农业和环境等领域都有着广泛的应用前景。
1. 医学应用：基因编辑技术在医学领域的应用主要包括基因治疗和药物研发。
通过基因编辑技术，可以修复或替换一些遗传疾病相关基因的突变，从而实现疾病的治疗或预防。
此外，基因编辑技术还可以用于药物研发，加速疾病治疗的进展。
2. 农业应用：基因编辑技术在农业领域的应用主要包括农作物品质的改良、生物农药和抗病虫害作物的培育。
通过基因编辑技术，可以实现对作物的抗病性、产量和品质等性状的精确编辑和改变，从而提高农作物的产量和耐逆性。
基因编辑技术概述
基因编辑技术概述基因编辑技术，也称基因工程技术、基因修饰技术，是一种能够直接对生物体基因组进行精准操作的技术。
它通过改变细胞或有性系生物体中的特定DNA序列，实现对基因组的修改和重塑。
基因编辑技术的发展对医学研究、农业改良和生物学研究等领域都产生了重大影响。
本文旨在介绍基因编辑技术的原理、应用领域以及引发的一些伦理和法律问题。
一、基因编辑技术的原理基因编辑技术主要采用一种名为CRISPR-Cas9的系统，CRISPR是“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”的缩写，意为“短回文重复序列的成簇排列”。
Cas9是一种酶，具有切割DNA的能力。
该系统通过引导RNA与特定的DNA序列结合，将Cas9蛋白导向特定基因位点，并将DNA切割或修复产生所需的基因改变。
二、基因编辑技术的应用领域1. 医学研究领域基因编辑技术在医学研究中有着广泛的应用。
通过编辑细胞中的特定基因，科学家可以模拟和研究各种疾病，如癌症、遗传性疾病等。
基因编辑技术还有望应用于基因治疗，即通过修复或替换患者体内的异常基因，达到治疗疾病的效果。
2. 农业改良领域基因编辑技术可以用于改良农作物和家畜，提高其产量、抗病能力和抗逆性等特性。
例如，科学家通过编辑玉米基因，使其能够在干旱条件下生长，以应对气候变化的影响。
此外，基因编辑技术还可以用于改善食品的品质，增加营养价值。
3. 生物学研究领域基因编辑技术为生物学研究提供了强有力的工具。
通过编辑实验动物的基因，科学家可以揭示特定基因对生物体发育、生长和行为等方面的影响。
此外，基因编辑技术还可以用于研究基因与环境之间的相互作用，拓展人类对生命的认识。
三、伦理和法律问题虽然基因编辑技术具有许多潜在的应用前景，但也引发了一系列伦理和法律问题。
首先，基因编辑技术可能导致人类基因组的不可逆性、持续性修改，因此如何确定修改的范围和目的成为一个重要的问题。
基因编辑技术
基因编辑技术基因编辑技术是一种利用现代生物技术手段，对生物的基因组进行精确改变的方法。
它可以用于各种生物，包括植物、动物和微生物等。
基因编辑技术有着广泛的应用前景，可以用于疾病治疗、作物改良、动物育种等领域。
本文将从技术原理、应用前景和伦理道德等方面进行探讨。
一、技术原理基因编辑技术的核心方法是CRISPR-Cas9系统。
CRISPR （Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）是一种细菌天然免疫系统。
Cas9是CRISPR系统中的核酸酶，具有剪切DNA双链的能力。
利用CRISPR-Cas9系统，科学家可以指导Cas9蛋白识别并剪切特定的DNA序列，然后通过细胞自身的修复机制来实现基因组的修改。
二、应用前景基因编辑技术在医学领域有着重要的应用前景。
通过基因编辑可以修复遗传性疾病造成的基因突变，为患者提供个性化治疗方案。
例如，在一些癌症治疗中，科学家可以利用基因编辑技术针对癌细胞中的特定基因进行靶向修复，达到治疗效果。
此外，基因编辑还可以用于研究疾病的发生机制，为疾病的早期预防和治疗提供新的思路。
基因编辑技术在农业领域的应用也备受关注。
通过编辑作物的基因组，可以提高作物的抗病虫害能力、耐逆性，实现对气候变化的适应。
这将有助于提高农作物产量和品质，解决粮食安全问题。
同时，基因编辑还可以改良作物的味道、口感，提高农产品的附加值。
对于动物育种来说，基因编辑技术可以帮助科学家更加精确地选择或改良某种特定基因，以实现对动物性状的精确调控。
这将有助于加速畜牧业的发展，提高养殖动物的抗病能力、生长速度和肉质品质。
三、伦理道德虽然基因编辑技术带来了许多潜在的好处，但也引发了一系列伦理道德问题。
首先，基因编辑技术是否应用于人类胚胎的修改是一个备受争议的问题。
修改人类胚胎基因可能影响诸多后代，因此在人类胚胎的基因编辑研究中需要更加谨慎和审慎。
其次，基因编辑可能带来非预期的副作用。
基因编辑技术
基因编辑技术基因编辑技术是一种用于修改生物体基因组的先进技术，通过对基因进行添加、删除或修改来改变生物体的遗传特性。
这项技术被广泛应用于医学、农业和生物学研究领域，有着革命性的潜力和重要的应用前景。
一、基因编辑技术的原理和方法基因编辑技术主要包括CRISPR-Cas9系统、TALENs和ZFNs等多种方法。
其中，CRISPR-Cas9系统是目前应用最广泛的一种方法。
它利用一种来自细菌的天然免疫系统，通过引导RNA与Cas9核酸酶相结合，以高精确性和高效率地进行DNA序列的识别和切割。
二、基因编辑技术在医学领域的应用1. 治疗遗传病：基因编辑技术可以直接修复引起遗传病的基因突变，例如囊性纤维化、遗传性失明等疾病，为患者提供实际的治疗方案。
2. 癌症治疗与预防：基因编辑技术可用于癌症相关基因的修复和改变，例如通过靶向癌症相关基因的编辑，提高癌症治疗的效果和预防的精确性。
3. 免疫系统调节：基因编辑技术可以用于增强或改变免疫系统的功能，提高抗病能力和治疗效果。
三、基因编辑技术在农业领域的应用1. 作物品质改良：基因编辑技术可以通过编辑作物的基因，增加抗病虫害的能力、提高产量和品质，为实现粮食安全和农业可持续发展提供新思路。
2. 食品改良：基因编辑技术可以用于改善食品中的营养成分，例如通过编辑水果的基因，增加维生素含量或减少某些有害物质的含量。
3. 饲料改良：基因编辑技术可以用于提高饲料植物的抗逆性和营养价值，改善畜牧业的养殖效益。
四、基因编辑技术的伦理和安全问题基因编辑技术的广泛应用也带来了一些伦理和安全问题。
例如，对人类胚胎的基因编辑是否合乎伦理，以及基因编辑的目标是否正确和安全等问题，需要得到科学家、政府和公众的共同关注和探讨。
尽管基因编辑技术还面临许多挑战和未知的领域，但其无疑为人类社会带来了广阔的发展空间。
随着技术的不断进步和安全性的确保，基因编辑技术有望为医学、农业和生物学领域带来革命性的变革，为我们创造更加健康、繁荣和可持续发展的未来。
基因编辑技术
基因编辑技术引言随着科学技术的迅速发展，基因编辑技术已经成为现代生物科学领域的一大突破。
它不仅在基础科学研究中扮演着重要角色，也在农业、医学和生物技术等领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在介绍基因编辑技术的基本原理、主要方法及其在各个领域的应用情况。
基因编辑技术的原理基因编辑技术是通过精确修改生物体的基因组来达到预期目的的技术。
这种技术可以添加、删除或替换生物体细胞内的特定DNA序列，从而改变其遗传特性。
通过这种方法，科学家能够更精确地研究基因功能，甚至治疗遗传性疾病。
主要基因编辑技术CRISPR-Cas9CRISPR-Cas9是目前最广为人知的基因编辑技术之一。
它来源于细菌的一种天然防御机制，可以通过指导RNA（gRNA）将Cas9蛋白引导至目标DNA序列，并在那里进行切割，实现对基因的编辑。
TALENs转录激活因子类效应物核酸酶（TALENs）是另一种基因编辑工具。
它利用设计的蛋白质识别特定的DNA序列并进行切割，进而启动细胞修复机制以插入或更改基因。
ZFNs锌指核酸酶（ZFNs）通过设计能够识别特定DNA序列的锌指蛋白与核酸酶结合，实现对目标基因的编辑。
尽管它的设计较为复杂，但在某些应用中仍显示出其独特优势。
应用领域医学基因编辑技术在医学领域的应用前景广阔，包括治疗遗传性疾病、癌症以及研发新药等。
例如，通过修正致病基因，可以从根本上治愈一些目前无法治愈的遗传病。
农业在农业领域，基因编辑技术可以用来培育抗病虫害、耐逆境的作物品种，提高农作物的产量和品质，有助于解决全球粮食安全问题。
生物技术基因编辑技术还广泛应用于生物技术领域，如生产工业酶、生物燃料和生物医药产品等。
通过对微生物进行基因编辑，可以提高生产效率和产品质量。
结论基因编辑技术的发展为人类带来了前所未有的机遇，使我们能够在分子层面上改造生物，以满足社会发展的需求。
然而，这项技术也引发了伦理和安全方面的讨论。
因此，在推进基因编辑技术应用的同时，必须充分考虑其潜在的风险和影响，确保科技发展造福人类。
基因编辑技术和原理讲述
1. ZFN 基因组编辑技术
ZFN 技术是第一代基因组编辑技术，其功能旳实现是基于具有独特旳DNA序列辨认旳锌指蛋白发展 起来旳。1986年Diakun 等首先在真核生物转录因子家族旳 DNA 结合区域发觉了Cys2- His2锌指模块， 到1996年，Kim等首次人工连接了锌指蛋白与核酸内切酶。2023年，Urnov等发觉一对由4个锌指连 接而成旳ZFN可辨认24 bp旳特异性序列，由此揭开了ZFN在基因组编辑中旳应用。
CRISPR/Cas 系统由 Cas9 核酸内切酶与sgRNA构成. 转 录旳 sgRNA 折叠成特定旳三维构造后与 Cas9 蛋白形 成复合体, 指导 Cas9 核酸内切酶辨认特定靶标位点, 在 PAM 序列上游处切割 DNA 造成双链 DNA 断裂, 并 开启 DNA 损伤修复机制. 从不同菌种中分离旳 CRISPR/Cas 系统, 其 CrRNA(或者是人工构建旳sgRNA) 靶向序列旳长度不同, PAM 序列也可能不同。
• 1.非同源末端连接（NHEJ ）是一种低保真度旳修
复过程，断裂旳DNA 修复重连旳过程中会发生碱基随
机旳插入或丢失，造成移码突变使基因失活,实现目旳
基因敲除。假如一种外源性供体基因序列存在，NHEJ
机制会将其连入双链断裂DSB 位点，从而实现定点旳
基因敲入。
（ 移码突变：在正常DNA分子中，碱 基缺失或增长3旳倍数，造成这位置之后
3. CRISPR /Cas9 基因组编辑技术
• 目前， TALEN 已经成功应用于酵母、 哺乳动物和植
物旳位点特异性基因打靶， 与锌指核酸酶系统相比有 较大旳应用优势， 但依然有些问题需要处理，例如:脱 靶效应、TALEN 与基因组进行特异结合与染色体位置 及邻近序列有关等。
基因编辑技术在生物能源中的应用
基因编辑技术在生物能源中的应用
Index
基因编辑技术在生物能源产业化中的应用
基因编辑技术在生物能源产业化中的应用
▪ 基因编辑技术在生物能源产业化中的应用
1.基因编辑技术在生物能源产业化中的应用概述 随着全球对可再生能源的需求不断增加，生物能源产业化已成为全球能源转型的重要方向之一。基因编辑技术作为 一种新兴的生物技术，在生物能源产业化中具有广阔的应用前景。本章节将从基因编辑技术的原理、应用领域和发 展趋势等方面进行介绍。 2.基因编辑技术在生物质能源产业化中的应用 生物质能源是一种可再生的清洁能源，其产生的碳排放量较低，对环境污染较小。基因编辑技术可以用于改良生物 质能源的生产效率和降低成本。例如，通过基因编辑技术改良微生物的代谢途径，提高生物质能源的产量和质量。 3.基因编辑技术在生物燃料产业化中的应用 生物燃料是一种可再生的清洁能源，其产生的碳排放量较低，对环境污染较小。基因编辑技术可以用于改良生物燃 料的生产效率和降低成本。例如，通过基因编辑技术改良微生物的代谢途径，提高生物燃料的产量和质量。 4.基因编辑技术在生物氢能源产业化中的应用 生物氢能源是一种可再生的清洁能源，其产生的碳排放量为零，对环境污染极小。基因编辑技术可以用于改良生物 氢能源的生产效率和降低成本。例如，通过基因编辑技术改良微生物的代谢途径，提高生物氢能源的产量和质量。 5.基因编辑技术在生物能源产业化中的安全性和可持续性 基因编辑技术在生物能源产业化中的应用需要考虑其安全性和可持续性。例如，在基因编辑过程中需要注意避免对 环境和人类健康造成不良影响，同时需要考虑基因编辑技术的可持续性，避免对生态环境造成不可逆转的影响。 6.基因编辑技术在生物能源产业化中的发展趋势 随着基因编辑技术的不断发展和完善，其在生物能源产业化中的应用前景将越来越广阔。未来，基因编辑技术将会 在生物质能源、生物燃料和生物氢能源等领域得到更广泛的应用，并且将会成为生物能源产业化的重要推动力量。
基因编辑技术
基因编辑技术基因编辑技术是一种可以对生物体的基因进行精准编辑的工具，它进一步推动了基因研究和生物科技的发展。
本文将从基因编辑技术的定义、原理与方法、应用领域以及对社会的影响等方面进行论述。
一、基因编辑技术的定义基因编辑技术是指通过引入、删除或替换DNA序列，对生物体的基因组进行精确的改造的技术。
通过将编辑工具导入到生物体细胞中，可以针对基因组中的一处具体位点进行修改，以达到调控基因表达、修复突变基因、研究基因功能等目的。
二、基因编辑技术的原理与方法1. CRISPR-Cas9系统：CRISPR是一种起源于细菌的天然免疫系统，通过Cas9蛋白与股RNA的引导，能够精确识别并切割目的基因区域。
通过在切割位点引入DNA修复模板，可以实现对目标基因的修复、替换或添加。
2. TALEN技术（类锁定核酸酶）：TALEN技术利用转录活化样因子（TALE）与核酸酶结合，能够根据基因组DNA序列的碱基信息识别特定的DNA位点，从而引发DNA切割和修复过程。
3. 转座子技术：转座子是一种可以在基因组中移动的DNA片段，通过转座酶的作用，可以将外源DNA插入到靶向位点，实现对基因组的编辑。
三、基因编辑技术的应用领域1. 农业领域：基因编辑技术可以用于改良作物的性状，提高抗病虫害能力和耐逆性，增加产量和品质，实现精准农业，减少对化学农药的依赖。
2. 医学领域：基因编辑技术在基因治疗、疾病模型构建和药物研发等方面具有巨大潜力。
通过修复突变基因、调节基因表达水平，基因编辑技术为遗传性疾病的治疗提供了新的途径。
3. 生命科学研究：基因编辑技术可以用于研究基因的功能与调控机制，揭示基因与表型之间的关系，推动生命科学的研究进展。
四、基因编辑技术对社会的影响1. 道德伦理问题：基因编辑技术的应用引发了一系列的伦理和道德问题，如修改人类胚胎基因的合理性、婴儿设计和社会不平等等。
社会需要进行深入的讨论和监管，制定相应的法律和道德准则。
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4. 改造和培育新品种
传统的改造动植物品种的转基因技术是将外
源 DNA 片段插入受体的基因组中，改造基因
功能，使其表达优良的性状，获得人类需要
的品种。基因编辑技术则可以进行定点修饰，
达到高效定向。
Shukla 等对玉米进行肌醇磷酸激酶 1(inositol phosphate kinase 1，IPK1)基因的修饰，使其对 除草剂的耐性增强，在发育的种子中肌醇磷酸
目前， TALEN 已经成功应用于酵母、 哺乳
动物和植物的位点特异性基因打靶， 与锌指
核酸酶系统相比有较大的应用优势， 但仍然
有些问题需要解决，例如:脱靶效应、TALEN
与基因组进行特异结合与染色体位置及邻近
序列有关等。
3. CRISPR /Cas9 基因组编辑技术
1987年，Ishino 等在K12大肠杆菌的碱性磷酸酶基因
2. TALEN 基因组编辑技术
2009 年，研究者在植物病原体黄单胞菌(Xanthomonas)
中发现一种转录激活子样效应因子，它的蛋白核酸结
合域的氨基酸序列与其靶位点的核酸序列有较恒定的
对应关系。随后，TALE特异识别 DNA 序列的特性被
用来取代 ZFN技术中的锌指蛋白。它可设计性更强，
不受上下游序列影响，具备比ZFN 更广阔的应用潜力。
打靶技术是在 ES 和同源重组技术的基础上发
展起来的，模型构建耗时长、成本高，且模
式动物的选择受到 ES 细胞的限制。
3. 构建模式动物
基因编辑新技术不受 ES 细胞的限制，效率高， 速度快，且定点编辑更加精确，可在多种细 胞及生物体的特定位点进行切割和修饰。构 建转基因小鼠第一人 Jaenisch 与其同事最近 利用 CRISPR- Cas 系统又构建了携带特异性 突变的小鼠模型。
价格的问题， 其脱靶效应限制了其在基因治
疗等应用上的发展。
基因编辑技术的展望
随着越来越多物种基因组测序的完成，基因功能
的研究成为后基因时代的重点。基因编辑技术既
可以用正常基因替代突变基因进行性状改良和基
因治疗，也可以用突变基因代替正常基因进行基
因功能的研究。
基因编辑技术的展望
与传统的基因打靶技术相比，基因编辑技术摆脱
基因编辑的研究背景
目前，获得突变体的常见方法是利用T- DNA 或转座子构建大规模的随机插入突变体库， 但是构建覆盖全基因组的饱和突变体库需要 的工作量大且耗费的时间长。而通过定点突 变的方法使目的基因完全失活，是一种最直 接有效的研究特定基因功能的方法。
基因编辑的研究背景
近年来，随着高特异性及更具操作性的人工
TALENs 包含两个 TALEN 蛋白, 每个 TALEN 都是由 TALE array 与 FokⅠ融合而成. 其中一个 TALEN 靶向正义链上靶标 位点, 另一个则靶向反义链上的靶标位点. 然后 FokⅠ形成二 聚体, 在靶向序列中间的 spacer 处切割 DNA, 造成双链 DNA 断裂, 随后细胞启动 DNA 损伤修复机制. 针对不同的TALEN 骨架, 其最适宜的spacer长度不同, 其长度范围一般为12~20 bp. 实验结果表明, TALENs在靶向DNA时, 第一个碱基为 T 时其 结合效果更佳。
附近发现串联间隔重复序列，随后发现这种间隔重 复序列广泛存在于细菌和古细菌的基因组中。经过 几十年的研究，在2007年终于证明这种重复序列与 细菌获得性免疫的关系。
3. CRISPR /Cas9 基因组编辑技术
在这个系统中，只凭借一段 RNA 便能识别外来基因
并将其降解的功能蛋白引起了研究者的兴趣。直到 2012 年，Jinek 等第一次在体外系统中CRISPR/Cas9 为一种可编辑的短RNA 介导的DNA核酸内切酶，标 志着 CRISPR /Cas9 基因组编辑技术成功问世。
建时间更短，成本更低。
基因编辑原理
现代基因组编辑技术的基本原理是相同的，即
借助特异性 DNA 双链断裂( DNA double-strand
breaks DSBs) 激活细胞天然的修复机制，包括
非同源末端连接( NHEJ)和同源重组修复(HDR)
两条途径。
基因编辑原理
非同源末端连接（NHEJ ）是一种低保真度的修
1. 基因功能研究
2009 年， 威斯康辛医学院、 Sangamo
Biosciences、 Sigma- Aldrich 等多家机构使用
ZFN 技术，成功培育出首只靶基因敲除的大
鼠，而且带有该突变的大鼠所生育的后代同
样带有该基因突变。
2. 基因治疗
传统的基因治疗是将正常的基因片段引入细
胞中替代有缺陷的基因， 但这种方法难以精
2. 基因治疗
Li 等人利用 ZFN 技术能在染色体上精确定位
的优势， 通过 “剪切” 和 “粘贴” 基因，
在实验小鼠体内实现了血友病治疗， 避免了
传统基因疗法带来的插入诱变风险， 首次取
得了基因组编辑在基因疗法上的突破。
3. 构建模式动物
根据人类疾病所构建的动物模型，对研究这
些疾病的发生及其治疗有着重要意义。基因
CRISPR/Cas 系统由 Cas9 核酸内切酶与sgRNA构成. 转 录的 sgRNA 折叠成特定的三维结构后与 Cas9 蛋白形成 复合体, 指导 Cas9 核酸内切酶识别特定靶标位点, 在 PAM 序列上游处切割 DNA 造成双链 DNA 断裂, 并启动 DNA 损伤修复机制. 从不同菌种中分离的 CRISPR/Cas 系统, 其 CrRNA(或者是人工构建的sgRNA)靶向序列的 长度不同, PAM 序列也可能不同。
准控制， 可能产生很大的毒副作用。基因编
辑新技术可以精确定位， 在靶位点进行修正
或进行基因切除， 达到基因治疗的目的。
2. 基因治疗
Bacman 等人利用 TALEN 技术清除了来自于
病人线粒体内的有病 DNA。这是 TALEN 首
次应用于线粒体基因的编辑，这项研究有望
用于治疗母系遗传的线粒体病。
可以预见，以基因组编辑技术为核心的现代生物
技术产业将进入黄金时期。
基因编辑技术的展望
总之，基因编辑技术的研发还处于起步阶段，但
其已表现出的相对于基因打靶技术的优势已十分
明显。在未来的发展中，基因编辑技术必将成为
生命科学和生物医学等领域研究与应用的重要工
具。
谢谢大家！
了对 ES 细胞的限制，可以应用于更多的物种，
且定向修饰更加精确，效率更高，所需时间更短,
得到的突变可以通过种系遗传.其中，CRISPR 系
统可以同时进行多靶点的切割，易于得到纯合子
突变体。
基因编辑技术的展望
基因组编辑技术对应的友好位点的选择，多基因
连接策略，表达调控策略等配套的技术体系正在 形成，为今后大规模，多基因的动物改良奠定了 基础。更多基因组编辑畜禽的出现会给畜牧业经 济，人类营养水平和生活质量带来革命性地影响。
核酸酶的出现和技术体系的完善，基因组编
辑技术获得了飞速发展，并将靶向基因操作
推向高潮，使得定点基因敲除、敲入变得更
为简单且高效。
基因编辑的优势
与传统的以同源重组和胚胎干细胞(embryonic
stem cell，ES)技术为基础的基因打靶技术相
比，基因编辑新技术保留了可定点修饰的特
点，可应用到更多的物种上，效率更高，构
在一个同源供体存在的情况下，可以进行原基因
的替换。
基因编辑原理
基因编辑技术的种类
目前主要有 3 种基因编辑技术， 分别为： 人工核酸酶介导的锌指核酸酶(zinc- finger nucleases，ZFN)技术； 转录激活因子样效应物核酸酶(transcription activator- like effector nucleases，TALEN)技术； RNA 引导的 CRISPR- Cas 核酸酶技术 (CRISPR- Cas RGNs)。
年，Urnov等发现一对由4个锌指连接而成的ZFN可识 别24 bp的特异性序列，由此揭开了ZFN在基因组编辑 中的应用。
ZFN 由锌指蛋白(ZFP)和 FokⅠ核酸内切酶组成。其中，由 ZFP 构成的 DNA 识别域能识别特异位点并与之结合，而由FokⅠ构成 的切割域能执行剪切功能，两者结合可使靶位点的双链DNA 断 裂(DSB)。于是， 细胞可以通过同源重组(HR)修复机制和非同源 末端连接(NHEJ)修复机制来修复 DNA。HR 修复有可能会对靶标 位点进行恢复修饰或者插入修饰，而 NHEJ 修复极易发生插入突 变或缺失突变。两者都可造成移码突变，因此达到基因敲除的目 的。
三种不同技术的比较Biblioteka 续表基因编辑新技术的用途
基因功能研究
基因治疗
构建模式动物
改造和培育新品种
1. 基因功能研究
基因敲除是在活体动物上验证基因功能必不
可少的逻辑环节， 但是传统的基因敲除方法
需要通过复杂的打靶载体构建、 ES 细胞筛选、
嵌合体动物模型选育等一系列步骤， 成功率
受到多方面因素的限制。
复过程，断裂的DNA 修复重连的过程中会发生
碱基随机的插入或丢失，造成移码突变使基因失
活,实现目的基因敲除。如果一个外源性供体基
因序列存在，NHEJ 机制会将其连入双链断裂
DSB 位点，从而实现定点的基因敲入。
基因编辑原理
同源重组修复（HR） 是一种相对高保真度的修
复过程，在一个带有同源臂的重组供体存在的情 况下，供体中的外源目的基因会通过同源重组过 程完整的整合到靶位点，不会出现随机的碱基插 入或丢失。如果在一个基因两侧同时产生DSB，
ZFN 诱导的基因组编辑技术可应用于很多物种
及基因位点，具有较好的发展潜力。但是目前有 3 个方面的缺陷制约了该技术的推广:(1)以现有 的策略设计高亲和性的 ZFN， 需要投入大量的 工作和时间;(2)在细胞中持续表达 ZFN 对细胞有