王 霞汪兴泽

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2020年，诺贝尔化学奖授予法国科学家沙尔庞捷（Charpentier）和美国科学家道德纳（Doudna），以表彰她们发明了CRISPR/Cas9 介导的基因编辑技术。本文从该技术的发现、原理等方面作一简要概述。

原核生物无论古细菌还是真细菌，都可能因噬菌体的侵染而死亡。显然，拥有防御噬菌体侵染能力的原核生物能获得更好的生存机会。原核生物如何防御噬菌体的侵染？DNA 是有机大分子，复杂而脆弱，易受损伤。损伤类型有多种，例如，胞嘧啶的脱氨基、鸟嘌呤氧化等。其中，DNA 双链断裂在所有类型的损伤中危害最大，易导致DNA 的复制受阻，进而遏制子代的形成[1]。古细菌或真细菌如果能识别并切断外源DNA（或RNA），就具有一定防御噬菌体侵染的能力。

1 限制酶的防御功能类似高等动物的固有免疫

广泛应用的“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶），已发现数千种。大多数限制酶的识别序列由6 个核苷酸组成，少数限制酶的识别序列由4、5 或8 个核苷酸组成，能在特定的位点上剪切双链DNA 分子并使之断裂，从而抑制外源DNA 的复制，阻断子代噬菌体形成。限制酶的识别序列相对固定，对新型病毒缺乏适应性防御能力。可见，原核生物利用限制酶对噬菌体的防御类似于高等动物的固有免疫。

2 CRISPR 在原核生物中发挥获得性免疫作用

1987年，日本学者石野良纯团队偶然发现大肠埃希氏菌（Escherichia coli）碱性磷酸酶基因编码区附近存在一段特殊的DNA 序列：在简单重复序列（repeated sequences）之间插有间隔序列（spacer DNA）[2]。……