我们如何使用 CRISPR 基因编辑来研究疾病？

CRISPR-Cas9 是一种基因组编辑工具，用于改变细胞中特定的 DNA 序列。 它在研究和帮助我们了解疾病方面都有很多用途。

随着称为 CRISPR-Cas9 的基因编辑工具的开发，许多基因编辑的幻想已经成为现实。 

什么是 CRISPR-cas9？

科学家使用基因编辑来改变细胞内特定的 DNA 序列。 为此，CRISPR-Cas9 系统需要一种酶来编辑 DNA 序列，并需要一些东西来引导酶到正确的位置。

编辑 DNA 的酶称为 Cas9，它通常被描述为一把基因剪刀。 这是因为它可以切割 DNA 链，允许在切割链的末端添加或去除东西，然后再重新连接。

为了确保 Cas9 酶在正确的位置进行切割，它由恰当命名的向导 RNA 引导。 这种 RNA 分子旨在与特定的 DNA 碱基序列结合，并确保 Cas9 仅在需要的地方引起断裂。

图1. CRISPR-Cas9 组件

CRISPR 如何在实验室中使用？

当 Cas9 在 DNA 分子中进行切割时，它会留下暴露的末端，可以在其中移除或添加碱基（DNA 的构建块）。 这意味着科学家可以根据自己的选择改变 DNA 序列。

Cas9 酶可以适应不同的功能，这使科学家能够对特定的 DNA 位点做更多的事情。 一个非常有用的改编涉及从 Cas9 中删除切割功能并用不同类型的酶取而代之。

最常见的是，用于替代 Cas9 的新酶旨在激活（增加）或抑制（减少）特定基因的转录。 这些方法被称为 CRISPRa，意思是 CRISPR 激活，或 CRISPRi，意思是 CRISPR 干扰。

图2.CRISPRa 和 CRISPRi 是用于打开和关闭基因，或增加或减少其激活水平的技术

我们可以从 CRISPR 中学到什么关于疾病的知识？

CRISPR-Cas9 通常在实验室中用于研究基因的未知功能。 破坏基因的序列或转录可以让科学家们提出许多关于该基因如何工作的问题，包括：

• 当基因被删除（敲除）时会发生什么 当特定基因缺失时，细胞或模式生物的行为有何不同？

• 对序列进行微小的特定更改会产生什么影响？ 这些变化称为突变，通常是自然发生的。 通过在实验室中重新创建它们，我们可以了解它们是否对细胞内的过程有任何影响，例如破坏蛋白质功能。

• 如果一个基因的转录被上调或下调，这会改变细胞或生物体的特性吗？

• 在研究遗传疾病时，DNA 测序使科学家能够观察个体和人群中发生的不同突变。

• 为了进一步检验突变与特定疾病之间的联系，科学家们研究了产生特定突变是否会导致细胞从健康状态转变为患病状态。

• 同样的方法也被用来观察特定的基因变化是否会引起其他有趣的生物学效应——例如，改变细菌的序列是否会使其对药物治疗产生耐药性？