CRISPR Cas9酶是原核生物的一種天然免疫系統(tǒng)。某些細(xì)菌在遭到病毒入侵后,，能夠把病毒基因的一小段存儲(chǔ)到自身的 DNA 里一個(gè)稱(chēng)為 CRISPR 的存儲(chǔ)空間,。當(dāng)再次遇到病毒入侵時(shí)，細(xì)菌能夠根據(jù)存寫(xiě)的片段識(shí)別病毒,，將病毒的DNA切斷而使之失效,。分布在40%的已測(cè)序細(xì)菌和90%的已測(cè)序古細(xì)菌當(dāng)中。 (注：生活在深海的火山口,、陸地的熱泉以及鹽堿湖等環(huán)境中,，有一些結(jié)構(gòu)的細(xì)菌，稱(chēng)為古細(xì)菌)
CRISPR Cas9酶的作用原理：
階段一：CRISPR 的高度可變的間隔區(qū)的獲得(俘獲外源DNA,，登記“黑名單”)
CRISPR 的高度可變的間隔區(qū)獲得,，其實(shí)就是指外來(lái)入侵的噬菌體或是質(zhì)粒DNA 的一小段DNA 序列被整合到宿主菌的基因組，整合的位置位于CRRSPR 的5' 端的兩個(gè)重復(fù)序列之間,。因此,，CRISPR 基因座中的間隔序列從5' 到3' 的排列也記錄了外源遺傳物質(zhì)入侵的時(shí)間順序。
階段二：CRIPSR 基因座的表達(dá)(包括轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后的成熟加工)
CRISPR序列在前導(dǎo)區(qū)的調(diào)控下轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生pre-crRNA(crRNA的前體),，同時(shí)與pre-crRNA序列互補(bǔ)的tracrRNA(反式激活crRNA)也被轉(zhuǎn)錄出來(lái),。pre-crRNA通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)與tracrRNA形成雙鏈RNA并與Cas9編碼的蛋白組裝成一個(gè)復(fù)合體。它將根據(jù)入侵者的類(lèi)型,，選取對(duì)應(yīng)的“號(hào)碼”(間隔序列RNA),，并在核糖核酸酶Ⅲ(RNaseⅢ)的協(xié)助下對(duì)這段進(jìn)行剪切，形成一段短小的crRNA(包含單一種類(lèi)的間隔序列RNA以及部分重復(fù)序列區(qū)),。
階段三：CRISPR/Cas 系統(tǒng)活性的發(fā)揮(靶向干擾)
crRNA,，Cas9以及tracrRNA組成復(fù)合物可以對(duì)入侵者的DNA進(jìn)行準(zhǔn)確的打擊。這個(gè)復(fù)合物將掃描整個(gè)外源DNA序列,，并識(shí)別出與crRNA互補(bǔ)的原間隔序列,。這時(shí),，復(fù)合物將定位到PAM/原間隔序列的區(qū)域，DNA雙鏈將被解開(kāi),，形成R-Loop,。crRNA將與互補(bǔ)鏈雜交，而另一條鏈則保持游離狀態(tài),。
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