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基因靶向

英 文 :gene targeting

中 文 :基因靶向 [1]

又 稱 : 基因標靶

是一種利用同源重組方法改變生物體某一內源基因的遺傳學技術。

這一技術可以用於刪除某一基因、去除外顯子或導入點突變,從而可以對此基因的功能進行研究。

1989年,利用胚胎幹細胞,美國科學家馬里奧·卡佩奇奧利弗·史密斯與英國科學家馬丁·埃文斯,將基因打靶技術成功地應用於小鼠。

2007年,馬里奧·卡佩奇等三人也因此獲得了諾貝爾生理學與醫學獎。[2]

技術

這項技術是利用DNA互補的特性,製作特殊序列的DNA,再送入小白鼠的胚胎幹細胞,如此一來在細胞複製的過程中的同源染色體重組過程中,就可以依設定將特定的基因剔除。

再經過挑選和配對後,就可以產生剔除特定基因的小白鼠。三位科學家雖然會互相交流研究訊息,但是他們是獨立研究。卡佩奇的研究重點在哺乳動物器官發育和發生,他的研究結果提供了幾種讓人類了解人類先天畸型的原因。

埃文斯博士將這項技術所建立的動物模式用於人類疾病的研究,例如囊腫性纖維化,他也研究疾病的制病機制和測試可能的基因療法。史密斯博士利用這項動物模式,來研究囊腫性纖維化和地中海型貧血等疾病,他還發展出高血壓、動脈粥狀硬化等人類疾病的動物模式。

標的效果

基因標的的效果可以是持續的,也可以是條件化的。[3]

例如,條件可以是生物體發育或整個生命過程中的一個特定時刻,或將效應限制在某一特定組織中。基因標的的優點在於可以應用於任何基因,無需考慮其大小和轉錄活性。

歷史

基因標的技術是從20世紀80年代發展起來的,是建立在對同源重組不斷了解的基礎之上。

首先是以酵母這種較為簡單的真核模式生物為基礎,來對相關技術進行研究。

隨著外源DNA導入酵母細胞方法的建立、標記基因有效選擇的利用、同源重組轉化子篩選系統的建立、載體同源序列DNA(靶標)雙鏈斷裂提高同源重組效率的利用,使得基因打靶技術逐漸成熟起來。

而對於哺乳動物細胞,由於其基因組比酵母細胞要大且複雜,基因打靶的成功率很低。因此要將基因打靶技術應用於哺乳動物,還需要新的策略。

原理

將外源DNA導入標靶細胞後,利用基因重組,將外源DNA與標靶細胞內染色體上同源DNA間進行重組,從而將外源DNA定點整合入標靶細胞基因組上某一確定的位點。

方法

對於不同的生物體,所使用的基因打靶的方法也不用。對於小鼠來說,大致的流程如下:

從小鼠胚胎上提取幹細胞;同時,構建標靶載體,標靶載體中含有與靶基因同源的DNA片段,將標靶載體轉染到幹細胞中;將篩選後獲得的含有靶載體的幹細胞進行擴增。

將含有靶載體的幹細胞注入小鼠胚胎;胚胎發育為嵌合體小鼠(部分器官為該改造後的幹細胞發育而成)後,通過選擇性培育(將嵌合體小鼠與正常小鼠交配,在下一代中進行篩選),獲得基因剔除小鼠(全部器官為該改造後的幹細胞發育而成)。

修改後的方法還可用於其他哺乳動物,如牛、羊、豬等。

參考資料