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CRISPR/Cas系統(tǒng)是原核生物的一種天然免疫系統(tǒng)，存在于大多數(shù)細(xì)菌和古生菌中。原核生物在遭到病毒入侵后，能夠把病毒DNA的一小段提取出來并存儲到自身基因組上的特定區(qū)域， 我們把這個區(qū)域稱為CRISPR存儲空間。當(dāng)再次遇到病毒入侵時，原核生物能夠根據(jù)存儲的DNA片段識別病毒，將病毒的DNA切斷而使之失效。目前應(yīng)用*泛的CRISPR/Cas系統(tǒng)是來源于釀膿鏈球菌 (Streptococcus pyogenes) 的CRISPR/Cas9系統(tǒng)。
天然的CRISPR-Cas9系統(tǒng)由三部分組成：SpCas9 (以下簡稱Cas9)、crRNA、tracrRNA。為了方便實(shí)驗設(shè)計以及提高gRNA的穩(wěn)定性，Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier將crRNA和tracrRNA融合成一條RNA，并把其稱為sgRNA (single-guide RNA)，見下圖。
改造后的CRISPR/Cas9系統(tǒng)成為研究者做基因編輯的有利工具。Cas9蛋白要成功識別目標(biāo)序列必須滿足兩個條件：(1) sgRNA的5'端20 nt和靶DNA之間堿基配對；(2) 靶DNA的3'端有合適的PAM序列。CRISPR/Cas9切割目標(biāo)DNA后產(chǎn)生DSB (雙鏈斷裂)，DSB是一切基于核酸內(nèi)切酶的基因編輯的基礎(chǔ)，CRISPR/Cas9因為只需要改變sgRNA的5'端序列即可重編程Cas9的序列特異性，設(shè)計和操作十分方便。
CRISPR-Cas9技術(shù)優(yōu)勢
效率高：可精確編輯基因組，編輯效率高
周期短：構(gòu)建和使用極為方便，極大降低了實(shí)驗難度，縮短實(shí)驗周期
廣譜性：無基因、細(xì)胞及物種限制
多重編輯能力：可實(shí)現(xiàn)多個靶位點(diǎn)同時進(jìn)行基因打靶
功能豐富：可實(shí)現(xiàn)敲除、插入、抑制、激活等多種目的基因
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