一.概述:
基因敲除是自80年代末以来发展起来的一种新型分子生物学技术,是通过一定的途径使机体特定的基因失活或缺失的技术。
通常意义上的基因敲除主要是应用DNA 同源重组原理,用设计的同源片段替代靶基因片段,从而达到基因敲除的目的。随着基因敲除技术的发展,除了同源重组外,新的原理和技术也逐渐被应用,比较成功的有基因的插入突变和iRNA ,它们同样可以达到基因敲除的目的。
二、基因敲除技术的应用及前景:
①.建立生物模型
在基因功能,代谢途径等研究中模型生物的建立非常重要。基因敲除技术就常常用于建立某种特定基因缺失的生物模型,从而进行相关的研究。这些模型可以是细胞,也可以是完整的动物、植物或者是微生物的个体。
最常见的是小鼠,家兔、猪、线虫、酵母和拟南芥等的基因敲除模型也常见于报道。
②.疾病的分子机理研究和疾病的基因治疗
通过基因敲除技术可以确定特定基因的性质以及研究它对机体的影响。这无论是对了解疾病的根源或者是寻找基因治疗的靶目标都有重大的意义。
③.提供廉价的异种移植器官
大家都知道,器官来源很稀少往往是人体器官移植的一大制约因素,而大量廉价的异种生物如猪等的器官却不能用于人体。因为不同根源生物的基因会产生一些能引起人体强烈免疫排斥的异源分子,如果能将产生这些异源分子的基因敲除,那么动物的器官将能用于人体的疾病治疗,这一技术将为患者带来具大的福音。
在2022年1月7日,美国马里兰大学医学院外科医生团队成功的将一颗基因修饰猪的心脏移植到一名57岁男性心衰患者David Bennett的体内。这是全球首例基因修饰猪心脏移植到活人体内的手术。
这不是第一次将外源器官移植的经历,先前在上世纪80年代,同在美国有一位患有先天心脏病的婴儿就移植了猩猩的心脏,但当时技术的不发达,导致急性免疫排斥在一个月内死亡。
④.免疫学中的应用
同异源器官移植相似,异源的抗体用于人体时或多或少会有一定的免疫排斥,使得人用抗体类药物的生产和应用受阻。而如果将动物免疫分子基因敲除,换以人的相应基因,那么将产生人的抗体,从而解决人源抗体的生产问题。
⑤改造生物、培育新的生物品种
细菌的基因工程技术是本世纪分子生物学史上重大的一个突破,而基因敲除技术则可能是遗传工程中的另一重大飞跃。它为定向改造生物,以及培育新型生物提供了重要的技术支持。
三、基因敲除技术的缺陷:
随着基因敲除技术的发展,早期技术中的许多不足和缺陷都已经解决,但基因敲除技术始终存在着一个难以克服的缺点,即敲掉一个基因并不一定就能获知该基因的功能,其原因包括:一方面,许多基因在功能上是冗余的,敲掉一个
在功能上冗余的基因,并不能造成容易识别的表型,因为基因家族的其他成员可以提供同样的功能;另一方面,对于某些必需基因,敲除后会造成细胞的致死性,也就无法对这些必需基因进行相应的研究了。