同立海源新品试用：GMP级基因编辑利器CAS9核酸酶

CRISPR-Cas9是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御，可对抗入侵的病毒及外源DNA，可以将入侵噬菌体和质粒DNA的片段整合到CRISPR序列中，通过相应的CRISPR RNAs（crRNAs）来指导Cas9蛋白对同源序列的降解，进而提供免疫性。根据CRISPR/Cas系统的特性，科学家将其改造成了目前最高效的基因组编辑工具。

2012年，Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier证明CRISPR/Cas9系统可以在体外切割双链DNA；2013年，张锋首次用CRISPR/Cas9系统在原核生物 (大肠杆菌) 中实现基因组编辑。目前应用最广泛的CRISPR/Cas9系统是来源于化脓性链球菌的CRISPR/Cas9系统。

CRISPR-Cas9系统由三个原件构成：tracrRNA+crRNA嵌合成的sgRNA（single guide RNA）+宿主DNA序列上的PAM序列（protospacer adjacent motif）+Cas9剪刀（最常用的是化脓性链球菌来源的SpCas9蛋白）。sgRNA引导Cas9剪刀到与sgRNA的5’末端碱基互补的（长约20nt的）靶序列处，紧接这段互补序列下游若存在能被Cas9蛋白识别的PAM序列（SpCas9特异性识别的PAM是由3bp组成的NGG序列，N代表任意碱基），Cas9剪刀就会用两个核酸酶结构域HNH和RuvC（在3～4nt upstream of PAM的位点）剪开DNA两条链，最终形成双链断裂double-strandedbreak (DSB)。

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基因敲除（Knock-out）  简称KO

Cas9蛋白可以对靶基因组进行剪切，形成DNA的双链断裂。在通常情况下，细胞会采用高效的非同源末端连接方式对断裂的DNA进行修复。但是，在修复过程中通常会发生碱基插入或缺失的错配现象，造成移码突变使靶标基因失去功能，从而实现基因敲除。为了提高CRISPR系统的特异性，可将Cas9的一个结构域进行突变，形成只能对DNA单链进行切割造成DNA缺口的Cas9核酸酶，想要形成双链断裂的效果可以设计两条sgRNA序列，两条sgRNA特异性的靶向结合DNA互补的两条链的靶标序列，即可形成DNA断裂，并在修复过程中通过移码突变实现基因敲除。

基因敲入（Knock-in） 简称KI

当DNA双链断裂后，如果有DNA修复模板进入到细胞中，基因组断裂部分会依据修复模板进行同源重组修复（HDR），从而实现基因敲入。HDR修复模式在细胞中发生率较低，通常小于10%。为了增加基因敲入的成功率，目前有很多科学家致力于提高HDR效率，将编辑的细胞同步至HDR最活跃的细胞分裂时期，促进修复方式以HDR进行；或者利用化学方法抑制基因进行NHEJ，提高HDR的效率。

多重编辑（Multiplex Editing）

将多个sgRNA质粒转入到细胞中，可同时对多个基因进行编辑，具有基因组功能筛选作用。多重编辑的应用包括：使用双Cas9 nickases提高基因敲除的准确率、大范围的基因组缺失及同时编辑不同的基因。通常情况下，一个质粒上可以构建2～7个不同的sgRNA进行多重CRISPR基因编辑。

功能基因组筛选

目前CRISPR的基因组筛选功能应用于筛选对表型有调节作用的相关基因，如对化疗药物或者毒素产生抑制的基因、影响肿瘤迁移的基因以及构建病毒筛选文库对潜在基因进行大范围筛选等。