什么是CRISPR?
CRISPR 介绍
说到基因编辑技术，大家都会联想到CRISPR技术。那么什么是CRISPR?
CRISPR 的出现
CRISPR系统是一种原核生物的免疫系统，用来抵抗外源遗传物质的入侵，比如入侵的病毒及外源DNA。目前的研究发现，CRISPR系统是在大约40%的细菌和90%的古细菌中发现的一种天然免疫系统。它为细菌提供了获得性免疫，当细菌遭受病毒或者外源质粒入侵时，会产生相应的“记忆”，从而可以抵抗它们的再次入侵。CRISPR是英文Clusteredregularly interspaced short palindromic repeats 的缩写，翻译成中文是：规律成簇的间隔短回文重复。
额！有点拗口吧。当年美格君学习CRISPR的时候，也有点迷茫。今天，美格君就用一种大家比较容易理解的方言，来谈谈CRISPR。先简单说一说CRISPR的历史。
1987年，日本的Nakata研究组在分析大肠杆菌（Escherichia coli）中基因iap及临近序列时，偶然地发现在位于iap的3’端存在含有29个碱基的高度同源序列重复性出现，这些重复序列被含32个碱基的序列间隔开，当时还不清楚这种序列的生物学意义。2000年，Mojica和同事通过比对发现这种重复元件存在于20多种细菌及古生菌中，并将这种核酸序列命名为短规律性间隔重复序列（ShortRegularly Spaced Repeats, SRSRs)，因其高度保守性，猜测其有某种重要的生物学功能。
2002年，Jansen实验室通过生物信息学分析，发现这种新型DNA序列家族只存在于细菌及古生菌中，而在真核生物及病毒中没有被发现，并将这种序列称为规律间隔成簇短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)。他们将临近CRISPR locus的基因命名为cas（CRISPR-associated），并发现了4个cas基因（cas1, cas2, cas3, cas4）。CRISPR这个词正式登上历史舞台。
CRISPR功能原理
CRISPR的大名里面有几个关键词：回文、间隔。什么是回文？回文序列是一段序列，从前面读和从后面读都是一样的。间隔，就是说这些重复的DNA序列之间是有东西隔开的，这些间隔不是细菌自己的，是那些曾经感染过这些细菌的噬菌体留下来的东西, 叫Spacer，间隔DNA。
当这些噬菌体感染细菌，细菌跟它打了一仗，消灭了入侵的噬菌体，总结经验，细菌把这些噬菌体DNA的一部分截下来，放到自己的DNA里面留个记忆。随着消灭入侵者的经历增加，就有了这些CRISPR序列，用他们把不同的外源DNA分隔开。隔间Spacer之间的隔板相当于CRISPR序列。一旦有外物入侵，细菌就会去记忆库里寻找，要是发现入侵者的DNA和记忆库里面有匹配的，对应的解决方法就有了。CRISPR/Cas系统可以识别出外源DNA，并将它们切断，沉默外源基因的表达。
CRISPR的原理
当噬菌体感染细菌后，病毒DNA进入细菌细胞，细菌细胞表达Cas复合体对噬菌体DNA进行切割得到间隔序列，间隔序列在cas1 和cas2作用下插入到CRISPR最前端（如图1）形成免疫。当噬菌体再次感染细菌时，以Type II型CRISPR/Cas系统为例，细菌表达 tracrRNA、前体crRNA及Cas9蛋白（RNA引导的核酸内切酶），tracrRNA和crRNA由于部分序列互补而结合，Cas9与tracrRNA和crRNA形成复合体并由Cas9加工成为成熟crRNA-tracrRNA Cas9复合体，成熟复合体由间隔序列引导识别病毒靶序列，并切断病毒DNA。复合体只能识别与间隔序列一致并且3'端含PAM（protospacer adjacent motif原间隔序列邻近模块序列，如不同来源CRISPR/Cas9系统有不同序列，如链球菌CRISPR/Cas9系统PAM序列未NGG）的靶序列，即PAM原间隔序列邻近模块序列，这是CRISPR/Cas9不剪切自身间隔序列的原因。
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