2021年6月24日/医麦客新闻 eMedClub News/--近日，Reports and Data 的最新报告中表示，全球基因组编辑市场规模在2028年预计将达到150.9亿美元，复合年增长率为14.8%。

基因组编辑技术市场的不断增长，基于CRISPR诊断工具的开发以及基因组编辑工具技术的快速升级，是推动市场收入增长的主要因素。此外，遗传疾病和慢性疾病的患病率上升、基因治疗的进步，加速了基因组学研发的投资不断增加。

基因编辑已被广泛用于了解不同人类疾病的病理生理学，促进了先进基因疗法的发展。与此同时，药物研发和开发的不断进步以及政府加快基因组学研究的举措越来越多，这些都是预计推动市场增长的的关键因素。

基因编辑技术的不断发展

基因组编辑是一组能够修改和改变生物体的DNA的技术，这些技术能够在基因组的特定位置添加、去除或改变遗传物质，扩大了在几乎所有真核细胞中直接靶向和修改基因组序列的范围。

基因编辑工具是一种由序列特异性的DNA结合结构域和非特异性的DNA修饰结构域组合而成的序列特异性核酸内切酶。其过程就是识别染色体上的DNA靶位点（找），进行切割并产生DNA双链断裂（剪），诱导DNA的损伤修复（修补），从而实现对指定基因组的定向编辑。

第一代基因编辑技术—ZFNs技术

ZFNs（锌指核酸酶）技术是第一代基因组编辑技术，其功能的实现是基于具有独特的DNA序列识别的锌指蛋白（ZFP）发展起来的。ZFNs由特异性识别序列的锌指蛋白（ZFP）和Fokl核酸内切酶组成。

其中，由ZFP构成的DNA识别域能识别DNA的特异位点并与之结合，而由FokI构成的切割域能执行剪切功能，两者结合可使靶位点的双链DNA断裂(DSB)。于是，细胞可以通过同源重组(HR)修复机制和非同源末端连接(NHEJ)修复机制来修复DNA。HR修复有可能会对靶标位点进行恢复修饰或者插入修饰，而NHEJ修复极易发生插入突变或缺失突变。两者都可造成移码突变，因此达到基因敲除的目的。

▲ ZFNs作用原理

第二代基因编辑技术—TALENs技术

TALENs（转录激活因子效应物）是继ZFNs之后的另一种较为灵活和高效的靶向编辑技术，TALENs在结构上与ZFNs类似，是由特异性的DNA结合蛋白-TALE蛋白和FokⅠ核酸酶两部分组成。

TALE蛋白是植物病原体-黄单胞菌分泌的一种转录激活因子效应物，在植物细胞中能够特异性地识别并结合寄主靶基因的序列，从而调控寄主的基因表达。进行基因编辑时，两个TALE蛋白识别和结合DNA靶位点，FokⅠ核酸酶负责对靶DNA进行切割，从而造成DNA的DSBs，诱发细胞的DNA损伤修复机制，从而实现对基因组靶位点的编辑。

▲ TALENs作用原理

第三代基因编辑技术—CRISPR-Cas技术

CRISPR-Cas技术是基于原核生物(细菌和古生菌)一种免疫系统而开发的，称之为Clustered regularly interspaced short palindro- mic repeats-CRISPR-associated proteins (规律成簇间隔短回文重复及其相关蛋白)，简称CRISPR-Cas系统。由于该技术合成简单、周期短、操作灵活、效率高等优点，目前备受人们关注。

▲ CRISPR/Cas9作用原理

CRISPR-Cas工作原理如下：

• sgRNA与Cas蛋白结合，形成核糖核蛋白（RNP）复合物

• RNP复合物在sgRNA的引导下，定位到基因组上的靶位点。

• Cas蛋白会识别原间隔基序(protospacer adjacent motif，简称 PAM)，对靶位点的DNA双链进行切割，产生双链断裂（DSB）。

• DSB引起细胞的紧急修复机制：非同源末端连接（NHEJ）修复或者同源重组修复（HDR）

• 绝大多数情况下（>80%），细胞采用NHEJ修复路径，使得靶位点位置随机产生个别碱基的删除或插入（Indel），得到基因敲除模型。

• 极少数情况下（<20%），且细胞内存在同源片段时，细胞采用HDR修复路径，使得靶位点产生精确修复。

• 在同源片段中引入外源基因片段或者突变碱基，可得到基因定点插入模型或者基因定点突变模型。

基因编辑技术的发展趋势

1、ZFNs和TALENs不断降低成本，缩短开发周期

相较于CRISPR，ZFNs和TALENs明显的缺点是构建复杂，开发周期长，成本高，未来弥补这方面的缺陷是这两种技术未来发展的主要趋势。

2、CRISPR基因编辑不受PAM限制，实现任意基因组位点编辑

CRISPR-Cas9有一个明显的短板，不能对不在 PAM 序列附近的基因进行编辑，因此未来CRISPR的突破方向之一就是不受PAM限制，实现任意基因组位点编辑。

3、克服脱靶率

ZFNs和CRISPR/Cas都会面临脱靶率高的问题。CRISPR/Cas脱靶率的高低关键在于gRNA的设计，gRNA和非目标区域过多的非特异性结果，脱靶效率较高，特别是靠近PAM的8-10bp不能和非目的区有高同源性。目前为了提高基因组编辑的准确性，对Cas9核酸酶进行了突变，突变后的Cas只能切割DNA双链中的一条链，通过两个gRNA引导Cas对DNA切割，可以显著提高基因组编辑的特异性，降低脱靶率。

4、长片段的功能性基因插入/替换致病性基因

CRISPR/Cas9目前仍然存在一些局限性，限制了CRISPR/Cas9的快速发展。虽然传统CRISPR/Cas技术在基因切割上具有强大的优势，但是在长片段DNA精确的靶向插入/替换上依然存在一定的挑战。为了克服这些问题，IDT公司开发的Alt-R® CRISPR/Cas9基因编辑系统，在研究中发现这种新型的CRISPR/Cas9系统能够将长片段的功能性基因插入/替换致病性基因。

6月29日，医麦课堂将携手Integrated DNA Technologies(埃德特生物，以下简称IDT)和Lonza上线一场主题为“高效转导技术联合新型基因编辑助力细胞与基因治疗经验分享”的线上直播课，本次课程将由三名专家为观众带来知识盛宴：

上海南方模式生物科技副总经理孙瑞林博士，讲解CRISPR/Cas9电转系统在小鼠胚胎干细胞基因修饰中的高效应用，并且通过讲解将分享相关试验数据。

埃德特（上海）生物科技有限公司应用经理王丙寅博士，将针对基于IDT在CRISPR基因编辑领域内从引导RNA的性能优化，CRISPR内切酶的功能拓展以及同源介导重组HDR的效率最大化这三个层面进行具体阐述。

Lonza应用科学家马顺博士，将带来利用Nucleofector技术实现基于CRISPR的基因组编辑，将分享如何将这两种技术结合使用，Nucleofector技术如何从小体积药物研发阶段过渡到大体积转染以满足临床生产及商业化需求。

本次网络研讨会将为对CRISPR基因编辑疗法感兴趣的研究人员提供见解，欢迎各位生物制药、合同研究机构、学术界、政府实验室或相关分析科学家、负责推进CRISPR基因编辑技术和创新生物药开发和制造模式的实验室经理和董事等同仁届时在线交流学习！

医麦课堂

直播题目：高效转导技术联合新型基因编辑助力细胞与基因治疗经验分享

直播时间：2021年6月29日（周二）19:30-21:00

课程主题：

➤ CRISPR/Cas9电转系统在小鼠胚胎干细胞基因修饰中的高效应用

➤ 创新驱动的基因编辑一站式解决方案——IDT Alt-R CRISPR基因编辑系统

➤ 利用Nucleofector™技术实现基于CRISPR的基因组编辑

内容精彩，敬请报名参加！

注：请扫描直播二维码报名

温馨提示

1、直播开始前会有短信提醒或者邮件提醒，请报名的时候务必填写正确的手机号码及邮箱地址。

2、课程内容总结将发布在「医麦客」订阅号 ( 微信号：eMedClub)，更多课程预告也会及时发布，不想错过的小伙伴请快快关注~

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