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新年的前两周异常忙碌,今天才冷却。
我们公众号新添加了一个实验专栏,春卷是主讲人,会在周三跟大家见面。
第一轮要给大家呈现的是CRISPR/cas9基因编辑技术,假如你的是实验室没有做过此类研究,那么听过基因编辑一定会觉得十分高大上,遥不可及。
就像当年没有进入实验室的时候,听到PCR(多聚酶链式反应)会觉得异常高端,但是进入实验室才知道,需要自己处理的中间环节并不多,基本上就是混合,加样。
而CRISPR/cas9技术的出现,让普通实验室也能做基因编辑。说起来,我在科研技能上的进步跟CRISPR/cas9 很有渊源,当时为了敲减细胞去做shRNA质粒,很长时间没有成功,然后用了张峰实验室的protocol做出了CRISPR/cas9的质粒,然后把那个技术迁移到了shRNA上面才完成了敲减质粒构建。做出来一个质粒后,信心大增,后面在分子克隆方面无论是敲减过表达还是突变,就没有遇到困难了。
我们通过春卷的新年总结知道,她去年获得了40株单克隆细胞,已经完成了科研技能的原始积累。
一位科研汪全年量化的年终总结,差点连打冰次数都记录了
我感谢并期待春卷的这一系列帖子。
前言:
每当我们接触新事物时,都忍不住问如下图所示之哲学三问(当然有时候问的是,这是什么?可以吃吗?怎么做?):
由于我们是实验教程,因此便不再详细介绍CRISPR/Cas9的细节,在这里只做一个大概的介绍,主要材料为最近整理的思维导图。温馨提示:如果不需要了解背景知识,可直接跳到第4点,实验方案正文部分。
1. 是何物?
1.1 CRISPR
CRISPR是古细菌及细菌抵抗病毒的机制,当病毒攻击细菌时,细菌将该病毒的部分DNA整合到自身基因内组成CRISPR,当下次该病毒再次来袭之时,CRISPR转录的crRNA可通过碱基互补识别外源性DNA并激活Cas核酸内切酶的DNA切割活性,由此杀伤病毒。
1.2 CAS即为CRISPR相关的核酸内切酶,有多个亚型
1.3 CRISPR/Cas系统
2. 有何用
2.1 在细菌中主要抵抗外来病毒的侵袭,略
;
2.2 在实际应用中
,设计特异性的CRISPR识别片段,可帮助靶向编辑基因,具体可见下图,详细机制可参考张峰组论文:[Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system]
(https://www.nature.com/articles/nprot.2013.143)
3. 如何用
在这里我们使用CRISPR/Cas9直接敲除为例,介绍实验方案和过程,如想更详细了解,可查阅上文提到的张峰组论文:[Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system]
(https://www.nature.com/articles/nprot.2013.143)
根据上文我们已知,CRISPR/Cas系统一共有CRISPR和Cas9两个部件组成,因此:
4. 实验方案正文
CRISPR/Cas9的实验方案有很多种,
但最终目的都是一样的,即将靶向结合到目的基因的sgRNA及Cas9核酸内切酶导入到细胞中,达到基因编辑的效果
。
根据sgRNA及Cas9的产生、投递方式的不同,有诸多不同的实验方案。在这里我的方案是,
将sgRNA插入到含有Cas9的质粒中,将质粒转入细胞,让细胞同时表达sgRNA及Cas9,达到基因编辑的效果
。
4.1 确定靶基因--因人而异
4.2 gRNA设计(特异性识别靶基因的序列)-- 0.5 h~半天
这里以非常常见的P53基因为例子,过一遍gRNA设计流程。
(1)NCBI网页下载P53基因序列
点击GenBank
下载序列
(2) 用SnapGene软件打开序列, 分析敲除位点。
敲除所有剪接体共有的外显子序列
鼠标悬停目标外显子,查看详细信息,得知第一个segment(片段)是从12417-12498,一共82 bp;在Sequence中查看,复制一整个segment的碱基序列
segment碱基序列atggccatctacaagcagtcacagcacatgacggaggttgtgaggcgctgcccccaccatgagcgctgctcagatagcgatg
(3)设计sgRNA
一般选择网页工具设计即可:https://zlab.bio/guide-design-resources (张峰实验室),打开网页,选择网页工具--博德研究所
粘贴序列,选择化脓性链球菌(NGG)即Cas9,人类基因组
查看结果
对结果进行判断,选择合适的序列:
小彩蛋
快捷方案:
可以购买已经合成好的sgRNA+质粒(土豪请随意)
寻找现成的CRISPR/Cas9敲除细胞系,在信息介绍中找到公司使用的gRNA,例如:
以上我们完成了对CRISPR/Cas9的简单了解及gRNA的在线设计,由于篇幅较长,将在下一次补充gRNA设计之后的验证事项和质粒构建的方案,感谢关注,继续学习,拜拜~