2024年中国基因编辑技术发展现状及趋势分析CRISPR／Cas优势明显

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本文核心数据：ZFNs技术;TALENs技术;CRISPR-Cas技术;基因编辑技术发展趋势

——第一代基因编辑技术：ZFNs技术

ZFNs(锌指核酸酶)技术是第一代基因组编辑技术，其功能的实现是基于具有独特的DNA序列识别的锌指蛋白(ZFP)发展起来的。ZFN是一种人工改造的核酸内切酶，由两部分组成，包括一个DNA结合域和一个非特异性核酸内切酶。其工作原理是DNA结合域与特定DNA结构结合，与之相连的非特异性核酸内切酶随之发挥剪切作用，在结合位点产生断裂，促进同源重组，提高定点突变和置换频率。当ZFN进行DNA定点切割时，如果存在一个具有一定同源性DNA为模板，则可以根据模板复制实现DNA定点置换，当不存在模板时，ZFN进行基因组DNA定点剪切则产生非同源末端连接，引发基因定点突变。

——第二代基因编辑技术：TALENs技术

TALENs(转录激活因子效应物)是继ZFNs之后的另一种较为灵活和高效的靶向编辑技术，TALENs在结构上与ZFNs类似，是由特异性的DNA结合蛋白-TALE蛋白和FokⅠ核酸酶两部分组成。TALE蛋白是植物病原体-黄单胞菌分泌的一种转录激活因子效应物，是一类分泌蛋白，在植物细胞中能够特异性地识别并结合寄主靶基因的序列，从而调控寄主的基因表达。进行基因编辑时，两个TALE蛋白识别和结合DNA靶位点，FokⅠ核酸酶负责对靶DNA进行切割，从而造成DNA的DSBs，诱发细胞的DNA损伤修复机制，从而实现对基因组靶位点的编辑。

——第三代基因编辑技术：CRISPR-Cas技术

CRISPR-Cas技术是基于原核生物(细菌和古生菌)一种免疫系统而开发的，称之为Clustered regularly interspaced short palindro- mic repeats-CRISPR-associated proteins(规律成簇间隔短回文重复及其相关蛋白)，简称CRISPR-Cas系统。由于该技术合成简单、周期短、操作灵活、效率高等优点，目前备受人们关注。

——三种基因编辑技术的比较：CRISPR/Cas的优势明显

作为革命性的基因编辑技术，CRISPR/Cas的优势非常明显，相较于ZFNs和TALENs，CRISPR/Cas的设计难度和构建难度都要小的多，成本更低，开发周期更短，靶向修饰效率更高，此外CRISPR/Cas还具有可以多靶点编辑和可以编辑RNA的优势，这是前两种技术所不具备的。

——基因编辑技术发展趋势

基因编辑技术发展趋势首先为ZFNs和TALENs不断降低成本，缩短开发周期;其次为CRISPR基因编辑不受PAM限制，实现任意基因组位点编辑;最后为克服脱靶率。