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CRISPR 变得简单

什么是CRISPR?

在 CRISPR Made Simple 的这一部分中,了解 CRISPR 在自然界中的位置以及它如何帮助细菌抵抗感染。

  • 关键精华

    细菌无处不在。 有些是有益的,有些是有害的。 许多生物都有免疫系统来对抗危险的细菌。 一些细菌和古细菌具有免疫系统来对抗病毒。 这个系统简称为CRISPR。

  • 词汇

    病菌、细菌、细菌、病毒、噬菌体、噬菌体、免疫系统、CRISPR

什么是CRISPR?

今天, CRISPR 被称为可以在几乎任何生物体中编辑 DNA 的工具。 它可以删除、添加或更改 DNA 字母,就像您在计算机上打字一样。 但在自然界中,CRISPR 的进化是出于不同的原因:对抗危险的细菌。

什么是细菌?

使用这个词 “病菌” 是一种很随意的谈论很小的事情的方式! 细菌通常意味着:

  • 单细胞生物,如细菌、古细菌和一些真菌 
  • 病毒

细菌无处不在! 有些细菌对我们是健康的。 我们体内都有健康的细菌,可以帮助我们消化食物! 有些细菌很有用。 不同的细菌把面粉变成面包,把白菜变成泡菜! 科学家甚至可以像小工厂一样使用一些细菌来制造药物。 

其他细菌会使您生病。 例如,一种叫做 链球菌 会导致链球菌性咽喉炎。 流感病毒可引起流感。 尽管我们总是会遇到潜在的危险细菌,但大多数时候我们都保持健康。 这是因为我们的身体有一个特殊的系统,称为 免疫系统. 免疫系统有很大的作用! 它必须: 

  • 弄清楚细菌是安全还是危险
  • 阻止危险的细菌

CRISPR从何而来?

随着时间的推移,不同种类的生物进化出了不同种类的免疫系统。 就像有些病毒会让我们生病一样,其他种类的 病毒 可以感染细菌并使 他们 生病的。 感染细菌的病毒称为 噬菌体 - 要么 “噬菌体” 简而言之——它们通常看起来像小月球着陆器。 噬菌体落在细菌(单个细菌细胞)的外部,并将其 DNA 直接注入! 然后它使用细菌作为制造更多噬菌体的工厂。 随着越来越多的噬菌体被制造出来,它们最终会冲出细胞并杀死它! 然后它们感染新细胞。 

在自然界中,噬菌体的数量是细菌细胞的十倍! 为了应对这种巨大的威胁,细菌想出了办法来保护自己。 防御是细菌自身版本的免疫系统。

CRISPR 是许多细菌用来对抗病毒的一种免疫系统。 CRISPR 很特别,因为它可以记住以前的噬菌体攻击者。 它是如何做到这一点的? 细菌从入侵的噬菌体中获取小片段 DNA。 然后,它将它们藏在自己的基因组中,就像要寻找的照片一样。 这些 DNA 面部照片被称为“CRISPR”。 细菌将细胞中的 DNA 与这些面部照片进行比较。 当匹配时,CRISPR 蛋白质会与 CRISPR DNA 序列结合。 CRISPR 蛋白就像一把小剪刀,可以切断病毒的 DNA 并摧毁它。

CRISPR 是怎么来的 发现?

许多人为 CRISPR 的科学发现故事做出了贡献! 在 1980 年代后期,科学家们注意到一些细菌的 DNA 具有重复的字母序列。 这些被命名为“成簇的规律间隔的短回文重复”——真是一口! 我们简称为“CRISPR”。 在 2000 年代初期,其他研究人员表明 CRISPR 序列与病毒的 DNA 匹配。 再过几年,另一组科学家表明 CRISPR 序列是细菌用来对抗病毒的免疫系统的一部分。 2020 年,Emmanuelle Charpentier 和 Jennifer Doudna 因将 CRISPR 开发为基因编辑工具而获得诺贝尔化学奖。 

科学发现通常是这样发生的:许多人在全球范围内工作,随着时间的推移将拼图拼凑起来,直到揭开全貌。 有时我们只了解最后拼图的一两个人,但一路上总会有很多其他人。 

总结

细菌是非常小的东西,如细菌和病毒。 细菌无处不在。 有些是无害的。 有些是健康的或有帮助的。 有些会让我们生病。 人类和许多其他生物都有免疫系统。 免疫系统识别细菌是安全的还是危险的,并与危险的细菌作斗争。 有时病毒会感染细菌。 许多细菌和古细菌都有免疫系统来对抗这些噬菌体。 这个系统简称为“CRISPR”。 CRISPR 是细菌识别和破坏噬菌体 DNA 的一种方式。 许多人为 CRISPR 的发现做出了贡献。

想一想!

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插图使用和归属

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