1991年,约翰霍普金斯大学的Nikola Pavletich和Carl Pabo团队发现了锌指重复结构,每个锌指结构能够识别3个碱基。1994年,纽约斯隆凯特林研究所的发育生物学家Maria Jasin团队筛选到一种核酸内切酶,能够增加同源重组的概率。2001年,研究人员成功将改造的锌指蛋白和核酸酶结合,从而靶向切除非洲爪蟾蜍细胞特定的DNA片段。
以上研究奠定了锌指核酸酶(Zinc-finger nuclease, ZFN)技术的发展。ZFN由锌指DNA结合域和限制性内切酶的DNA切割域融合而成。ZFN技术的原理是通过人为改造锌指DNA结合域,靶向定位于不同的DNA序列,从而使得ZFN可以结合复杂基因组中的目的序列,并由DNA切割域进行特异性切割。
杜克大学的分子生物学家Charles Gersbach团队开发出转录激活样效应因子核酸酶(transcription activator-like effector nuclease, TALEN)系统。与锌指蛋白类似,TAL效应因子(TALE)同样具有特异性结合能力,将其与FokI核酸酶结合,即构成具有特异性基因编辑功能的武器——TALEN。TALEN技术曾被科学杂志列入十大科技突破行列(2012年)。
通过诱导DNA双链断裂(DNA double-strand break)来刺激容易出错的非同源末端连接或在特定基因所在的位置进行的同源定向修复,TALEN和ZFN能够完成一系列遗传学编辑修饰操作。
基因编辑领域的发展快速远超我们的想象,尤其是CRISPR/Cas技术。作为最新成形的基因编辑工具,CRISPR技术能够完成RNA导向的DNA识别及编辑,为构建更高效的基因定点修饰技术提供了全新的平台。2012年,Pubmed录入相关文献仅为126篇,2016年围绕CRISPR发表的最新研究数量已经增长了10倍。
当然,每一种技术都有其局限性,这也是科学家始终在寻找更为优化的基因编辑工具的根源。这些技术如何造福人类,还需要投入很多工作和时间。 1987: Emw/Wikimedia Commons; 1990: iStock.com/sidsnapper; 1991: NCBI; 2010: David Goodsell/Wikimedia Commons; 2012: molekuul_be/Shutterstock.com; 2014: Thomas Splettstoesser/Wikimedia Commons
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