基因編輯技術(shù)的發(fā)展歷程及如何定制基因編輯小鼠的步驟方法

金秋九月，適逢新學(xué)期伊始和國自然放榜，又有很多小伙伴開始規(guī)劃自己3~5年的研究生生涯的課題了。作為當(dāng)下高分文章常備工具的“基因編輯小鼠”，由于定制和繁育周期長，往往在課題設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮，這樣在前期細(xì)胞層面的研究完成后，就可以絲滑的銜接動(dòng)物實(shí)驗(yàn)了。今天小編就帶大家了解一下基因編輯小鼠的那些事~
 

1. 基因編輯小鼠的誕生
基因編輯小鼠就是通過基因編輯技術(shù)，對小鼠的DNA進(jìn)行精準(zhǔn)改造后獲得的具有特定基因特征的小鼠模型，它們能幫助我們更精確地模擬人類生理或病理狀態(tài)�；�因編輯小鼠的出現(xiàn)起始于上世紀(jì)80年代，一經(jīng)面世，就引起了極大的關(guān)注。

• 1980年，美國耶魯大學(xué)的生物學(xué)家Frank Ruddle與其博士后Jon Gordon將一段純化的病毒（SV40病毒）DNA片段注射到小鼠受精卵的細(xì)胞核（稱為原核）中，再把受精卵移植到代孕母鼠輸卵管中，產(chǎn)下78只小鼠其中2只小鼠基因組中攜帶著轉(zhuǎn)入的病毒DNA。這項(xiàng)研究于1980年12月發(fā)表在PNAS上，宣告了動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的正式誕生。

• 1981年，Gordon和Ruddle在SCIENCE雜志上發(fā)表了其第二篇轉(zhuǎn)基因小鼠的研究報(bào)告，證明轉(zhuǎn)入的基因可以在小鼠體內(nèi)穩(wěn)定遺傳。在1981年這篇文章中，作者首次將這種小鼠稱為transgenic（轉(zhuǎn)基因），“轉(zhuǎn)基因”一詞由此誕生，并流傳至今。

• 1982美國華盛頓大學(xué)的分子生物學(xué)家Rechard Palmiter和賓夕法尼亞大學(xué)的胚胎學(xué)家Ralph Brinster合作將大鼠的生長激素基因注射到小鼠受精卵中，成功獲得了7只轉(zhuǎn)基因小鼠，其中有6只轉(zhuǎn)基因小鼠生長迅速，體重最高時(shí)達(dá)到同窩非轉(zhuǎn)基因小鼠的1.8倍，他們將轉(zhuǎn)基因小鼠被稱為超級(jí)小鼠，相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature雜志上，并在當(dāng)時(shí)引起了轟動(dòng)。

經(jīng)過40多年的發(fā)展，基因編輯小鼠已成為生命科學(xué)基礎(chǔ)研究、疾病機(jī)制解析、新藥臨床前研究等領(lǐng)域不可或缺的模式生物，走進(jìn)了千千萬萬的實(shí)驗(yàn)室。

2. 基因編輯技術(shù)
基因編輯技術(shù)的發(fā)展，是一部追求更高效、更精準(zhǔn)、更便捷的進(jìn)化史。曾經(jīng)火爆一時(shí)的基因編輯技術(shù)，如人工鋅指核酸酶（ZFN, 1996年），轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶（TALEN, 2011年）由于存在較大的毒性或者基因編輯效率不高等問題，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。當(dāng)下主流的基因編輯技術(shù)有CRISPR/Cas9、ES細(xì)胞打靶、高效轉(zhuǎn)基因等，尤其是Crisp/Cas9技術(shù)，憑借其簡單的操作方式，低廉的成本，成為大部分情況下，基因編輯的首選，促進(jìn)了整個(gè)基因編輯行業(yè)的飛速發(fā)展。
 

• 基因敲除（KO, Knock Out）：讓特定基因“沉默”或“失效”。這是最常用的策略之一，用于研究該基因缺失后對生物體的影響。例如，研究某個(gè)基因是否為致病基因。

• 條件性基因敲除（CKO, Conditional Knock Out）：更高級(jí)的“精準(zhǔn)打擊”。允許在特定的組織、細(xì)胞類型或特定的生命階段（通過誘導(dǎo)系統(tǒng)）敲除目標(biāo)基因，避免了全身性敲除可能導(dǎo)致的胚胎致死等問題，研究更具針對性。

• 基因敲入（KI, Knock In）：在特定基因位點(diǎn)“加入”一段外源DNA序列。這段序列可以是一個(gè)報(bào)告基因（原件敲入，如GFP用于示蹤）、一個(gè)突變基因（點(diǎn)突變，模擬人類疾病突變）或一個(gè)人源化基因（基因人源化，使小鼠模型更接近人類情況）。

4. 如何定制屬于自己的基因編輯小鼠
從上述的介紹可以看出，定制一款基因編輯小鼠，我們需要選擇基因編輯的類型，還要確定基因編輯的方式，此外我們還要選擇編輯的小鼠背景，通常我們需要綜合考慮以下方面做出決定。

首先，我們要明確研究目的：

• 想研究某個(gè)基因的功能？→ 優(yōu)先考慮該基因敲除KO。
• 想研究在特定組織或發(fā)育階段起作用的基因？→ 優(yōu)先考慮條件性基因敲除小鼠。
• 想追蹤特定細(xì)胞命運(yùn)或表達(dá)特定蛋白？→ 優(yōu)先考慮基因敲入小鼠，如給目的基因敲入標(biāo)簽。
• 想模擬人類特定疾�。ㄈ绨┌Y、遺傳�。�？→ 優(yōu)先考慮構(gòu)建疾病模型小鼠。
• 想篩選藥物或進(jìn)行藥理研究？→ 優(yōu)先考慮靶點(diǎn)人源化小鼠。

其次，我們要考慮技術(shù)可行性：

• CRISPR/Cas9：目前的主流選擇，速度快、效率高、成本相對較低，尤其適合快速構(gòu)建新模型。
• 傳統(tǒng)ES打靶：周期較長，但技術(shù)成熟穩(wěn)定，適合大片段的基因編輯。
• 高效轉(zhuǎn)基因：構(gòu)建周期短，但是使用前需要至少1~2年的篩選建系，僅在特定需求時(shí)選擇。

另外，我們要選擇背景品系：

• 小鼠的遺傳背景會(huì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，通常需要將基因編輯小鼠與相同背景的野生型小鼠進(jìn)行比較，以排除遺傳背景帶來的干擾。
• 常見的基因編輯小鼠多選擇C57BL/6J、BALB/c等背景品系。

最后也是最重要的，就是選擇一家靠譜的公司定制自己的基因編輯小鼠了，擁有豐富的基因編輯經(jīng)驗(yàn)往往是大家選擇的重要依據(jù)。例如選擇南模生物，將有專注模式生物25年的專業(yè)團(tuán)隊(duì)為您服務(wù)。

成立至今，利用基因編輯3大核心技術(shù)，我們已累計(jì)構(gòu)建2萬多種基因修飾小鼠模型，打磨出公司嚴(yán)謹(jǐn)專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，技術(shù)成熟，流程完善，可提供滿足不同實(shí)驗(yàn)需要的各種基因工程動(dòng)物模型。
 

選擇南模生物，您將獲得：
項(xiàng)目啟動(dòng)前深入的可行性評(píng)估分析

• 更合理的模型設(shè)計(jì)，避免由于構(gòu)建策略引發(fā)的人為表型
• 更詳細(xì)的項(xiàng)目可行性評(píng)估
• 提供準(zhǔn)確的項(xiàng)目流程與時(shí)間表

高效和嚴(yán)格質(zhì)控的生產(chǎn)線

• 縮短項(xiàng)目運(yùn)轉(zhuǎn)周期
• 對于ES細(xì)胞打靶及CRISPR基因編輯技術(shù)獲得的模型，保證基因修飾的生殖系傳遞
• 項(xiàng)目執(zhí)行過程中定期和嚴(yán)格的報(bào)告

專業(yè)的項(xiàng)目經(jīng)理

• 無縫的信息流
• 一對一、面對面溝通

經(jīng)驗(yàn)豐富的飼養(yǎng)繁育保障團(tuán)隊(duì)

• 動(dòng)物健康狀況報(bào)告
• 全球性物流
• 靈活的交付選項(xiàng)

希望這篇入門指南能幫助你打開基因編輯世界的大門！科研之路雖道阻且長，但有了這些“神奇小鼠”的陪伴，定會(huì)行則將至。最后，祝大家新學(xué)期科研順利，探索愉快！

關(guān)于我們
上海南方模式生物科技股份有限公司（Shanghai Model Organisms Center, Inc.，簡稱"南模生物"），成立于2000年9月，是一家上交所科創(chuàng)板上市高科技生物公司（股票代碼：688265），始終以編輯基因、解碼生命為己任，專注于模式生物領(lǐng)域，打造了以基因修飾動(dòng)物模型研發(fā)為核心，涵蓋多物種模型構(gòu)建、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥物臨床前評(píng)價(jià)等多個(gè)技術(shù)平臺(tái)，致力于為全球高校、科研院所、制藥企業(yè)等客戶提供全方位、一體化的基因修飾動(dòng)物模型產(chǎn)品解決方案。