医学生物技术论文（专业推荐范文8篇）
医学生物技术论文（专业推荐范文 8篇）
生物技术是从上个世纪末开始兴起的综合学科。被认为是 21 世纪科学技术的核心之一。它与
新材料、新能源技术与微电子技术形成了影响未来国际民生的四大科学体系。在医药领域,生物
技术得到了长足的发展与进步。在诊断、预防和治疗人类重大疾病等方面发挥了极其的重要作
用。下面是医学生物技术论文 8 篇，供大家参考阅读。
医学生物技术论文第一篇：医药领域中 CRISPR-Cas9 技术应用现状与问题
摘要：CRISPR-Cas9 是存在于细菌和古细菌中的一种抵御噬菌体或质粒侵染的获得性免疫
防御系统,它由成簇规律间隔短回文重复基因序列(clustered regularly interspaced short palindromic
repeats,CRISPR)和Cas(CRISPR-associated)蛋白组成。天然的 II 型CRISPR 系统已经被改造成第
三代基因编辑工具,将单链向导 RNA(single-guide RNA,sgRNA)和作为 DNA 内切酶的 Cas9 蛋白
导入细胞内,即可在基因组特定位置上进行基因编辑。由于 CRISPR-Cas9 具有简便高效、脱靶
效应低等特点,目前已被广泛应用在动物、植物、微生物的生理和病理研究以及药物研发等领
域。本文着重讲述了 CRISPR-Cas9 的作用机制以及它在医药领域中的应用,包括构建生物模
型、疾病治疗、药物靶点筛选和 CRISPR 与免疫疗法的联合应用。
CRISPR-Cas9 and its application in medical field
SUN Mingyao BAI Wei LIANG Hongyu ZHAO Qiurong ZHANG Yuerong XU Weizhuo
School of Pharmacy,Shenyang Pharmaceutical University School of Functional Food and
Wine,Shenyang Pharmaceutical University
Abstract：CRISPR-Cas9 system,consisting of clustered regularly interspaced short palindromic
repeats(CRISPR)and CRISPR-associated(Cas) proteins,is an acquired immune system that confers
resistance to foreign genetic elements such as plasmids and phages.The natural type II CRISPR system
has been transformed into a third-generation gene editing tool,which can conduct gene editing at
specific positions in the genome by introducing single-strand guide RNA(sgRNA) and Cas9 protein as
DNA endonuctase into cells.Due to its characteristics of simplicity,efficiency and relatively low off-
target effect,CRISPR-Cas9 has been widely used in the physiological and pathological research of
animals,plants and microorganisms as well as drug′s research and development.This review focuses on
the mechanism of CRISPR-Cas9 and its application in the medical field,including the construction of
biological models,disease treatment,drug target screening and its combination with immunotherapy.
2012 年, ——第三代基因编辑技术 CRISPR-Cas 的发现震撼了整个基因编辑领域,它是继锌指核酸
酶(zinc finger nuclease,ZFN)[1]和类转录激活因子效应物核酸酶(transcription activator-like
effector nuclease,TALENs)[2]之后的又一个如日中天的基因编辑工具。CRISPR-Cas9 系统原本是
一种细菌和古细菌在数十亿年进化历程中产生的获得性免疫系统,用于防御外源核酸的入侵
[3,4,5]。早在 1987 年科学家就在大肠埃希菌基因组中发现了成簇规律间隔短回文重复序列[6],
自此之后的大量研究表明大约有 40%的细菌和 90%的古细菌中都含有 CRISPR-Cas9 系统[7] 。
作为新一代基因编辑技术,相较于 ZFN 和TALENs,CRISPR-Cas9 系统具有结构简单、操作便
捷、脱靶效应低、特异性强、效率高且价格低廉等优势[8]。CRISPR-Cas9 技术的应用并不局限
在基因编辑领域,由于在新药研发和疾病治疗等过程中药物与药物靶点结合的高效性至关重
要,CRISPR-Cas9 技术的优势也因此能在医药科研领域中得以完美地展现,CRISPR-Cas9 技术通
过基因敲除或敲入、定点替换以及同源重组等方式[9],使药物研发者能更加高效地筛选药物作
用靶点, 加速新药研发进程。
1 CRISPR-Cas9 系统的结构与作用机制
如今, 根据 CRISPR 系统中 Cas 蛋白的种类和同源性,CRISPR Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ系统被分成 、 、 、 、 五种
类型[10,11], Ⅱ其中最简单且应用最广泛的是 型的 CRISPR-Cas9 Ⅱ系统。在 型 CRISPR-Cas9 系统
中,典型的 CRISPR 基因由一系列保守的重复序列和分散在其间的来源于病毒或质粒等外源
DNA 的非重复间隔序列(见图 1),以及一组 Cas 基因的操纵子组成。位于 Cas 操纵子之前的是反
式激活 CRISPR RNA(trans-activating RNA,即tracrRNA)基因,tracrRNA 与Cas 操纵子的转录各自
独立进行。
1.1 CRISPR-Cas9 作为细菌或古细菌的免疫系统的作用机制
天然的 CRISPR-Cas9 系统介导的免疫机制分为整合(integration)、转录(transcription)和干扰
(interference)三个阶段。在整合阶段,当含有 CRISPR-Cas9 系统的菌体遭遇噬菌体或质粒侵染时,
细菌或古细菌通过 Cas1、Cas2 和Csn2 将入侵的 DNA 作为新的间隔基因整合到 CRISPR 阵列
(CRISPR array)中[12]。在整合后的转录阶段,新的间隔基因将与所有其他间隔基因转录生成一
个前体 CRISPR RNA(precursor CRISPR RNA,pre-crRNA),其中包含重复序列和间隔序
列。tracrRNA 的转录独立于Cas 操纵子进行, 它与前体 crRNA 结合并通过 RNase Ⅲ 限制性内切
酶的活性切割前体 crRNA,使crRNA 成熟[13],起到激活 crRNA 的作用。在干扰阶段,当相同的噬
菌体或质粒再次侵染该菌体时,成熟的crRNA-tracrRNA 复合物与 Cas9 结合并引发一系列变化。
首先 CRISPR-Cas9 复合物中 crRNA-tracrRNA 复合物与外源性 DNA 通过碱基互补配对进行特
异性结合[14],然后 Cas9 的HNH 结构域和 RuvC 结构域发挥其限制性核酸内切酶的作用,各自切
割外源 DNA 双链的一条链,形成 DNA 双链断裂(DSB)[15,16]。另外,若使 Cas 基因发生点突变,
使位于 RuvC 亚基或 HNH 亚基的催化中心部位的氨基酸残基D10 或H840 改变,则使 Cas9 转变
成只能使目标DNA 分子发生单链断裂(SSB)的DNA 切口酶;而如果两个亚基催化中心同时改
变,Cas9 则变成只保留与外源 DNA 结合能力而无法进行酶切的 dCas9 (“dead”Cas9)[3] 。
图1 在细菌的获得性免疫中由 CRISPR-Cas9 介导的 DNA 干扰。(a)CRISPR-Cas9 作为细菌或古
细菌的免疫系统的作用示意图;(b)不同亚型的典型Cas9 基因示意图,其中星号 D10 和星号 H840
表示Cas9 酶分子中保守的介导DNA 裂解的催化中心
图2 CRISPR-Cas9 介导的基因编辑的作用机理
1.2 人工构建的具有基因编辑功能的 CRISPR-Cas9 系统的结构与作用机制
被人工改造而作为基因编辑工具的 CRISPR-Cas9 系统较天然的 CRISPR-Cas9 系统在 RNA 分子
结构上稍做修饰但作用机制大同小异,前者将crRNA 和tracrRNA 合并成一条约100 nt 的
sgRNA[3],sgRNA 包含 20 nt 与目标DNA 分子互补的RNA 序列。当CRISPR-Cas9 系统被直接
注射或通过病毒搭载进入目标细胞并发挥作用时,Cas9 蛋白首先与sgRNA 结合并经历构象重排
转变成适合目标识别的构象[14],然后 sgRNA 的互补区域也变构形成 A型螺旋以便与互补的目
标DNA 链相结合。接下来 Cas9 通过多个协同步骤被进一步激活,首先 PAM——其序列为
NGG(N 代表任一碱基)与CTD 结构域的第 1333 位和 1335 位的精氨酸残基通过多条氢键与GG
序列相互作用并识别(见图 3)[17,18],接着局部 DNA 分子解开双螺旋,磷酸锁定环(Phosphate lock
loop)与目标链解旋区的第一个磷酸基团相互作用并使之发生扭转[17],sgRNA 链侵入并与目标链
互补结合,不与sgRNA 互补的非目标链被逐步替换并形成 R环(R-loop)结构,最后通过 HNH 结构
域的构象变化对RuvC 结构域进行变构调控,以协同 DNA 切割。最终形成的 DSB 可以通过两种
摘要：
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作者：闻远设计
分类：社科文学类资料
价格：免费
属性：14 页
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格式：DOCX
时间：2024-04-23
