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基于 CRISPR 的工具：疾病诊断的替代方法
Shubhangi Warke 博士摘要最近开发的核酸酶介导的基因组编辑技术激发了人们对基因组编辑牲畜的生成和使用的兴趣。基因组编辑可用于提高抗病性、生产力以及生成新的生物医学模型。基因组编辑是一组技术，包括 TALEN、ZFN 和 CRISPR，使科学家能够改变生物体的 DNA。其中，CRISPR 是最近的技术，已成为生物研究中不可或缺的工具。CRISPR 是成簇的规律间隔短回文重复序列的缩写。CRISPER 技术使用 Cas9 和 sgRNA 来编辑感兴趣的目标基因组。CRISPR-Cas9 不再只是一种基因编辑工具，还可用于其他高级应用，包括基因调控、表观遗传编辑、染色质工程和成像。CRISPR 与 Cas 系统一起作为细菌和古细菌对抗病毒和噬菌体的获得性免疫机制。 CRISPR 阵列具有重复序列和间隔序列，重复序列是回文序列，每个间隔序列都是病毒特异性序列 细菌适应性免疫机制。当任何病毒首次进入细菌时，细菌都会吸收病毒基因组的一部分并作为间隔序列进入 CRISPR 阵列。当病毒再次进入时，细菌会产生与病毒序列互补的 gRNA，并在 Cas 蛋白的帮助下切割外来（病毒）RNA 并破坏病毒复制，从而充当细菌防御系统。 CRISPR-Cas 系统的类别由核糖核蛋白效应复合物的性质定义：I 类系统以多种效应蛋白为特征，而 2 类系统由单个 crRNA 结合蛋白组成。对于诊断，2 类系统主要用于诊断，因为这些系统更易于重建。它们包括具有附带活性的酶。它们是许多基于 CRISPR 的诊断检测的骨干。 CRISPR 的应用涉及基因组编辑、基因组调控、疾病诊断和治疗。新兴的治疗应用、工业和农业以及生物防治。诊断分析包括 gRNA、Cas 蛋白、报告分子和样本 RNA 的反应。在这里，gRNA 与 Cas 蛋白一起筛选样本 RNA。如果 gRNA 和样本 RNA 之间存在互补性，则 Cas 蛋白开始其裂解活性，并且报告分子发出荧光，可以用荧光检测系统、横向流动装置等检测到。已经尝试在（HPV、ZIKA、结核病等）中利用该技术。然而，这仍然是一个进一步广泛应用的研究领域。关键词：CRISPR，疾病诊断引言CRISPR和cas（CRISPR相关蛋白）系统彻底改变了基因编辑领域，可用于研究、生物技术和临床中的潜在疾病治疗。该技术具有操作基因组的优异特性，例如设计简单、成本低、周转时间快，尤其是高准确性和高效率。因此，CRISPR-Cas系统具有多种优势，已经取代了早期使用的基因编辑工具（Kaminski et al., 2021）[9]。基因组编辑可用于将有用的等位基因（如耐热性、抗病性）和单倍型精准地引入本地适应的牛品种中，从而有助于提高其生产力（Britt et al. 2018, Capper and Bauman, 2013）[4, 5]。与早期的基因工程方法一样，育种者是否能够在牛基因改良计划中使用基因组编辑，在很大程度上取决于全球对食用动物基因组编辑的监管框架和治理的决策 (Mottet et al ., 2017) [10] 。基因组编辑工具几种核酸酶已成功用于基因编辑，包括锌指核酸酶 (ZFN)、转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 和成簇的规则
AAV 的候选对象和挑战
缩写：AADC，芳香族 L-氨基酸脱羧酶；AAV，腺相关病毒；ALS，肌萎缩侧索硬化症；APOE，载脂蛋白 E；ASO，反义寡核苷酸；ATXN2，共济失调蛋白 2；BBB，血脑屏障；BSCB，血脊髓屏障；CDKL5，细胞周期蛋白依赖性激酶样 5；CNS，中枢神经系统；CRISPR，成簇的规律间隔的短回文重复序列；CSF，脑脊液；DRPLA，齿状红核苍白球路易体萎缩；FTD，额颞痴呆；FUS，聚焦超声；FXTAS，脆性 X 相关震颤/共济失调综合征；GABA，γ-氨基丁酸；GAD，谷氨酸脱羧酶；GAG，糖胺聚糖； GAN，巨轴突性神经病；GBA，葡萄糖脑苷脂酶；GCH，三磷酸鸟苷环化水解酶；GDNF，胶质细胞源性神经营养因子；ICis，脑池内；ICV，脑室内；IPa，脑实质内；IT，鞘内（腰椎）；IV，静脉内；LacNAc，硫酸化N-乙酰乳糖胺；MAO，单胺氧化酶；miRNA，微小RNA；MLD，异染性脑白质营养不良；MPS，粘多糖贮积症；MRgFUS，磁共振成像引导聚焦超声；MRI，磁共振成像；MSA，多系统萎缩；NCL，神经元蜡样脂褐素沉积症；NGF，神经生长因子；NTN，神经营养素；PDHD，丙酮酸脱氢酶缺乏症；Put，壳核； rAAV，重组腺相关病毒；RNAi，RNA 干扰；siRNA，短干扰 RNA，小干扰 RNA；SMA，脊髓性肌萎缩；SMARD，脊髓性肌萎缩伴呼吸窘迫；SNc，黑质致密部；SOD1，超氧化物歧化酶 1；Str，纹状体；TDP-43，TAR DNA 结合蛋白 43；TERT，端粒酶逆转录酶；TH，酪氨酸羟化酶；Th，丘脑；VTA，腹侧被盖区；ZFN，锌指核酸酶。 * 通讯作者：德克萨斯大学达拉斯分校，800 West Campbell Road, EW31, Richardson, TX 75080, USA。电子邮箱地址：Zhenpeng.Qin@utdallas.edu (Z. Qin)。
___________________________________________________________________________________________________ ++ 助理教授; # 博士研究生院
豆科作物对全球粮食安全和可持续农业至关重要，它们提供必需的植物蛋白质和氨基酸，同时通过共生固氮作用提高土壤肥力。尽管豆科作物具有营养和生态意义，但它们的生产仍面临诸多挑战，包括产量低、易受生物和非生物胁迫以及气候变化对水和土地资源的影响。解决这些问题需要创新的解决方案，将传统育种与尖端生物技术方法相结合。豆科作物改良的最新进展是通过现代育种和基因组编辑技术实现的，例如 CRISPR/Cas9、TALEN 和 ZFN，这些技术可以进行精确修改，以提高农艺性状的适用性和遗传潜力。尤其是 CRISPR/Cas9，它已成为豆科育种的有力工具，可促进靶向突变、基因敲除和基因表达调控。该综述讨论了其在包括大豆、豇豆、鹰嘴豆和花生在内的各种豆科植物中的应用，以改善性状，例如，CRISPR/Cas9 已被用于增加花生中的油酸含量并改善大豆的光周期开花。农杆菌介导方法和基因枪技术等转化方案的进步以及组织培养和表型分析技术的改进正在帮助克服这些挑战。尽管取得了重大进展，但豆科植物转化和再生方面的挑战仍然存在，但组织培养方案和高通量表型分析的最新改进提高了这些基因组编辑技术的效率。它还探讨了将基因组编辑技术与传统育种计划相结合以加速遗传增益和开发生物强化、气候适应性强的豆科植物品种的潜力。通过利用豆科植物中广泛的遗传多样性并采用先进的基因组学工具，研究人员可以创造不仅产量高而且营养丰富且环境可持续的作物。将基因组编辑技术与传统育种相结合，为开发高产、营养丰富、气候适应性强的豆科植物品种铺平了道路。关键词：豆科植物；生物技术；基因组编辑；CRISPR/Cas9；农杆菌介导
IE 型 CRISPR-Cas 系统作为酿酒酵母的防御系统
病毒和其他移动遗传元件 (MGE) 对大多数已研究的细胞生物体而言都是潜在威胁，它们充当捕食者或降低适应性。作为应对，生物体进化出了多种防御策略，主要分为先天系统和适应性系统。先天系统的特点是被某些预设的感染特征激活。另一方面，适应性系统可以学会检测以前未被识别的病原体。长期以来，脊椎动物的适应性免疫系统是唯一已知的适应性系统的例子，但已证明古菌和细菌的成簇规律间隔短回文重复序列 (CRISPR)-Cas 系统是真正的适应性免疫系统 (1)。所有已研究的 CRISPR-Cas 系统都基于短 DNA 或 RNA 序列（原间隔区），例如来自病毒基因组的序列，这些序列作为 DNA 间隔区存储在 CRISPR 基因座中。长前体 CRISPR 转录本 (pre-crRNA) 被加工成 CRISPR RNA (crRNA)，并被 Cas 蛋白效应子用来定位和摧毁匹配的靶标。根据 CRISPR-Cas 系统的类型，靶标可以是 DNA 或 RNA。CRISPR-Cas 系统种类繁多，目前分为两类。第 1 类包括 I、III 和 IV 型系统，第 2 类包括 II、V 和 VI 型系统。每种系统类型又包括几种亚型 (2, 3)。可编程核酸酶，如锌指核酸酶 (ZFN)、转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 和 Cas9，可通过诱导致残突变在真核细胞中充当抗 MGE 系统。特别是，Cas9 彻底改变了真核生物的基因编辑，已被证明可以有效靶向多种人类病毒 (4)。在基本的 Cas9 技术中，DNA 切割由单一引导
儿童软组织肉瘤的 CRISP(Y) 未来
从 Jinek 等人（2012、2013）和 Qi 等人（2013）的工作开始，原核生物用于防御外源病毒的自适应系统——成簇的规律间隔回文重复序列 (CRISPR) 与 CRISPR 相关核酸内切酶 9 (Cas9) 配对，越来越多地被认可为一种强大而有效的基因组编辑工具。RNA 引导的 CRISPR/Cas9 由一条小的引导 RNA (sgRNA) 与 Cas9 复合而成，它与目标 DNA 配对会诱导单个 Cas9 依赖的双链断裂 (DSB)（由 Lino 等人，2018 年综述）。由此产生的编辑包括在活细胞基因组的特定目标区域删除或插入特定序列，或改变预先存在的 DNA 序列（图 1）。近期，该技术已得到丰富，可用于标记 DNA 区域（Banito 等人，2018 年）、调节内源基因表达（La Russa 和 Qi，2015 年）或改变表观遗传状态（Vojta 等人，2016 年）。与转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 和锌指核酸酶 (ZFN) 技术相比，CRISPR/Cas9 允许进行多重分析，构建速度快且更易于递送，编辑效率更高，即使脱靶切割更频繁（Gupta 和 Musunuru，2014 年）。在过去十年中，这种方法已经进入了癌细胞存活、转移和耐药性的基础和临床前肿瘤学研究领域。在这篇小型评论中，我们将概述 CRISPR/Cas9 技术，特别关注其在揭示致瘤机制和确定一组易位阳性儿童软组织肉瘤 (STS) 中可能针对的途径中的应用。
使用 CRISPR-Cas9 作为限制性酶
图表列表 图 1.1：限制性酶的发现时间表及一般历史里程碑……………………………………………………………………………………………………… 2 图 1.2：中心法则图…………………………………………………………………… 4 图 1.3：不同类型的限制性酶；ZFN 和 TALEN 序列特异性分别与特定三联体或有限特定 bp 序列有关。粉红色高亮表示所示限制性酶或内切酶的结合位点。粗线表示切割位点………………………………………………………… 5 图 1.4：CRISPR-Cas9 系统的功能组件（Bortesi, L. 和 Fischer, R.，2014 年）。面板 (a) 显示了 Cas9 正常发挥功能所必需的各个 RNA 组件。图 (b) 显示 RNA 成分连接在一起形成 sgRNA 序列。……………………………………………………………………...… 8 图 3.1：设计引物的 Lambda DNA 凝胶电泳（目标大小 1000bp）。孔 1 显示大小标准（以“M 表示），孔 2 和 3 显示成功 PCR …………………………………………………………………………………..... 20 图 3.2：基于 Origene 的 CRISPR-Cas9 方案的凝胶电泳。含有梯状物的孔标记为“L”。含有未切割的 PCR 产物储备孔标记为“P”。标签 2/3、1X 和 4X 表示反应中使用的 DNA 浓度。标准浓度为 1X。孔 2-4、6-8、10-12、14-16、18 和 19 显示 CRISPR/Cas9 反应产物 .……………………………….…….….… 21 图 3.3：基于 Origene 的改良版 CRISPR-Cas9 方案的凝胶电泳图，其中模板 DNA 浓度和 Cas9 试剂浓度均增加。含有梯度的孔标记为“L”。含有未切割的 PCR 产物原料孔标记为“P”。孔 3-6、7、8、10-13、14 和 15 含有 CRISPR/Cas9 反应产物。所有反应均含有 10uL 模板 DNA .…………………………………………………..……………………..……...…. 22 图 3.4：基于 IDT 的改良版 CRISPR-Cas9 方案的凝胶电泳图。含有梯状物的孔标有“L”。含有未切割的 PCR 原液产物的孔标有“P”。孔 2 不含任何产物。孔 3-6、7-10 和 11-14 含有 CRISPR/Cas9 反应产物。所有反应均含有 tracrRNA。孔 11-14 含有 3 倍量（uL）的模板 DNA……… ...
植物引物编辑器实现水稻细胞的精准基因编辑
基因组编辑正在彻底改变植物研究和作物育种。序列特异性核酸酶 (SSN)，例如锌指核酸酶 (ZFN) 和 TAL 效应核酸酶 (TALEN)，已用于产生位点特异性 DNA 双链断裂并通过促进同源定向修复 (HDR) 实现精确的 DNA 修饰 (Steinert 等人，2016 年；Voytas，2013 年)。后来，RNA 引导的 SSN，例如 CRISPR-Cas9、Cas12a、Cas12b 及其变体，已应用于植物基因组编辑 (Li 等人，2013 年；Nekrasov 等人，2013 年；Tang 等人，2017 年；Zhong 等人，2019 年；Ming 等人，2020 年；Tang 等人，2019 年)。然而，HDR 依赖于 SSN 和 DNA 供体的同时递送，这在植物中一直具有挑战性（ Steinert 等，2016； Zhang 等，2019）。在植物中实现高效 HDR 的另一个挑战是，在大多数细胞类型中，DNA 修复倾向于非同源末端连接（NHEJ）途径而不是 HDR（ Puchta，2005； Qi 等，2013）。与受供体选择和 DNA 修复机制限制的 SSN 诱导的 HDR 不同，近年来开发的胞苷或腺嘌呤碱基编辑器可以在原型间隔物中 3-8 个核苷酸靶向窗口内将 C 转换为 T 或将 A 转换为 G（ Komor 等，2016； Nishida 等，2016； Gaudelli 等，2017）。碱基编辑器虽然效率很高，但只能指导某些转换突变，而不能执行预定的颠换突变或插入和缺失 (indel)。在所有这些背景下，最近在人类细胞中开发所谓的引物编辑器 (PE) 方面取得的突破非常令人兴奋 ( Anzalone 等人，2019 )。在引物编辑中，Cas9H840A 切口酶与逆转录酶融合。融合蛋白在编辑 DNA 链上切口，通过引导到切口 DNA 并复制由引物编辑向导 RNA (pegRNA) 编码的遗传信息来启动逆转录。多功能的 pegRNA 是一种经过修饰的单向导 RNA (sgRNA)，其 3' 端携带逆转录 (RT) 模板和引物结合位点 (PBS) 或序列中的引物。与 HDR 不同，PE 不需要 DNA 供体。在某些目标位点，PE 似乎也比碱基编辑器更精确、更高效（Anzalone 等人，2019 年）。
辐照基因修饰的基因组编辑和...
成分和/或包装材料辐照的辐射是将食物和/或包装材料处理为特定剂量的辐射剂量的过程，因为预定义的时间长度会因病原体的生长，延迟成熟，增加产量和/或改善重新填充而导致慢速或停止变质。可以逐案允许供应商对提供给坎贝尔提供的成分和/或包装材料的辐照。应考虑适当的法规和技术。供应商应遵循每个国家/地区提供成分和/或包装材料的国家的业务要求和标签法规。基因修饰的成分遗传修饰是一种生物体，其遗传物质已使用基因工程技术改变了。坎贝尔食品的供应商应遵循其提供成分和/或食品的每个国家/地区的业务要求和标签法规。基因修改成分应根据接收国和/或州要求确定。基因组编辑“基因组编辑”是一个用来描述一组相对较新的技术的术语，使人们可以在植物，动物或其他生物体的DNA中进行精确改变。例如，这种技术可用于在生物体基因组的特定部位引入，去除或替代一个或多个特定的核苷酸。（来源，美国FDA）可以在坎贝尔事先书面许可的情况下允许供应商使用基因组编辑技术，以根据提供给坎贝尔的成分进行基因组编辑技术。基因组编辑正在使用，例如，簇插入的散布性的短腔重复相关核酸蛋白酶（CRISPR），锌指核酸酶（ZFN），转录激活剂样效应核酸核酸蛋白酶（Talens）和寡核苷酸指导性的诱导型突变型（CODM）。应考虑安全，适当的法规和技术的保证。供应商应遵循每个国家 /地区提供基因编辑成分的国家的业务要求和标签要求。纳米技术纳米技术是原子和分子量表上物质的操纵。可以允许供应商在坎贝尔的书面许可的情况下逐案使用纳米技术。应考虑适当的法规和技术。供应商在纳米技术的成分或与成分直接接触的材料中得出纳米技术以进行适当的安全评估时，应告知坎贝尔。
弗朗西斯科·马丁·莫利纳
Martin 博士是 GENYO 基因和细胞治疗小组的首席研究员。在过去的 25 年里，该公司的活动一直集中在开发新的、更有效、更安全的基因转移系统，用于治疗癌症和罕见疾病的先进疗法。他于1995年至1997年在英国癌症研究所（ICR）工作，随后于1997年至2002年在英国伦敦温德耶医学科学院（UCL）工作，专注于逆转录病毒载体的开发，用于制定癌症免疫治疗策略。 2002 年，他作为 Ramón y Cajal 员工在 IPB López Neyra (CSIC) 建立了自己的细胞和基因治疗 (CGT) 研究小组，并从 2009 年起在 GENYO 工作。他自 2019 年起担任西班牙基因和细胞治疗协会董事会秘书，自 2012 年起担任格拉纳达大学生物医学博士课程和免疫学硕士学术委员会成员。马丁博士在国际期刊上发表了 84 多篇科学文章，包括《自然生物技术》、《分子生物学杂志》、《生化科学趋势》、《EMBO 杂志》、《干细胞》、《分子治疗》、《病毒学杂志》、《免疫学杂志》、《关节炎与风湿病》、《病毒学杂志》、《白血病》、《干细胞转化医学》、《控释杂志》等。他的文章被引用超过2020次，H指数=27。他已经获得了13项与基因细胞治疗和免疫治疗相关的专利。基于其中几项专利，他在 2016 年创立了 LentiStem Biotech，这是一家衍生公司，其目标是优化用于治疗罕见疾病和癌症的基因治疗工具。近年来，他的团队一直致力于改进生产用于治疗 Wiskott-Aldrich 综合征、庞贝病和癌症的先进治疗药物 (ATMP) 所需的工具。为此，它专注于两种基因改造系统：1）慢病毒载体是目前在活跃分裂细胞中实现稳定基因改造的最有效和最安全的工具；2）基因组编辑工具（ZFN、CRISPR/Cas、TALEN）是未来高效、无风险基因治疗的技术。
开发模块化双生病毒载体以实现植物的高表达和基因靶向
* 通讯地址：电话：919-515-5729；电子邮件：jmalonso@ncsu.edu 摘要 病毒载体可以成为表达重组蛋白以及递送基因编辑机制的有用工具。尽管它们很有用，但这些工具的开发和后续优化通常是一个困难而繁琐的过程。因此，尽管已经做了大量工作来创建用于基因编辑和蛋白质表达的有用病毒载体，但对于如何最好地设计这些载体以用于特定应用，人们缺乏了解。例如，通常不清楚加入异源启动子序列或不同的病毒成分是否会改善货物表达或复制子积累。为了解决其中一些障碍，我们设计了一种基于双生病毒 - 甜菜卷叶病毒 (BCTV) 的 GoldenBraid (GB) 兼容病毒载体系统。该系统允许对各种报告构建体进行简单的模块化克隆。利用这种模块化克隆策略，我们比较了各种替代病毒载体架构。有趣的是，天然 BCTV 启动子的表现优于组成型 35S 启动子，而 BCTV 病毒体正义基因的去除则促进了报告基因的表达。有趣的是，这些修改对总复制子积累没有影响。这些结果表明了新的模块化基于 BCTV 的病毒载体在蛋白质表达和基因靶向应用方面的实用性，同时也揭示了可能为未来基于双生病毒的病毒载体架构提供信息的设计原则。我们预计，这种新模块化系统的推出将引发基于复制子的策略在植物蛋白质表达和基因编辑实验中的广泛应用。关键词：病毒载体、基因编辑、甜菜曲顶病毒、双生病毒、GoldenBraid、瞬时表达。简介病毒载体已被证明可用于各种生物技术应用，例如基因组编辑和蛋白质表达。基于双生病毒的病毒载体已用于递送基因组编辑酶，例如锌指核酸酶 (ZFN) 和 Cas9，以及用于同源定向修复 (HDR) 的修复模板 (RT) (Butler 等人，2016 年；Wang 等人，2017 年；Yu 等人，2020 年；Gil-Humanes 等人，2017 年；Dahan-Meir 等人，2018 年，Eini 等人，2022 年)。