叹为观止！史上最清晰的CRISPR技术“裁剪”基因视频！

你知道在细胞中，CRISPR技术是如何编辑基因的吗？

日本东京大学西増弘志教授的研究团队，拍摄出了一组清晰的分子级的视频，直观展示了CRISPR/Cas9技术精准“裁剪”基因的场面。

 

图中黄色圆形物质为Cas9-RNA，黄色线形物质为DNA。高速原子力显微镜观察下的CRISPR/Cas9技术实时编辑过程。

 

人体是一个由很多细胞组成的“王国”，基因则住在每个细胞里。基因像是人身体里的“代码”，规定了每种细胞做什么样的工作。

 

基因编辑技术能够让人类对特定DNA片段进行敲除或加入，目前最流行的就是CRISPR/Cas9技术。CRISPR/Cas9可以让基因编辑如同我们在电脑上剪切、复制、粘贴资料一样简单。有了“基因编辑器”，人类能通过基因编辑调整细胞功能，甚至可以让身体发生特定变化。

 CRISPR-Cas9技术原理

不过，这种堪称“上帝之手”的技术，却有两个大问题。首先，CRISPR/Cas9编辑时有可能出错，敲掉其他关键基因。这有可能引发基因突变，对新生婴儿产生不可估量的伤害。其次，基因编辑很可能产生新的疾病隐患，基因一旦被敲掉就不能“撤销”。这种隐患不仅会伴随人的一生，还会遗传给后代。

 

但是，基因编辑若使用得当，也能为人类带来贡献。目前，基因编辑技术用于改良植物性状。可以使得蔬果保质期更长，口感更好。此外，某些恶性疾病可通过基因编辑得到一定的缓解。最厉害的是，基因编辑技术还能用来复活已经灭绝的物种！通过相关DNA复活灭绝物种，有助于生物学家的研究。

 

本文中这些纳米级视频是由高速原子力显微镜技术拍摄的，通过用纤细的探针来靠近这些分子，研究人员“摸索”出分子的模样。相关论文发表在《Nature Communications》上。通过直观的观察记录，研究者们也获得了更多这一过程的细节信息。

观察结果显示apo-Cas9为柔性构象，而Cas9–RNA则为稳定的双叶型构象。

Cas9-RNA靶向定位到目的DNA，形成Cas9–RNA–DNA复合体。

在Mg2+存在的条件下，Cas9-RNA对目的DNA进行特异性剪切。

视频：Cas9-RNA介导的PAM依赖性DNA识别

视频：Cas9–RNA“裁剪”目标DNA

视频：Cas9–RNA搜寻目标DNA

参考资料

Real-space and real-time dynamics of CRISPR-Cas9 visualized by high-speed atomic force microscopy

DOI: 10.1038/s41467-017-01466-8