基因編輯技術(shù)是指能夠?qū)δ繕?biāo)基因進(jìn)行定點(diǎn)“編輯”，例如片段插入、缺失，堿基定點(diǎn)編輯等，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定DNA|片段的修飾。

基因編輯工具

目前的基因編輯工具主要有鋅指核酸酶（ZFN）、轉(zhuǎn)錄因子激活樣效應(yīng)物核酸酶（TALEN）和規(guī)律間隔成簇短回文重復(fù)序列（CRISPR/Cas）等技術(shù)。CRISPR/Cas系統(tǒng)由于其精準(zhǔn)、簡(jiǎn)單、快速、成本低的特點(diǎn)，成為目前基因編輯使用較為廣泛的技術(shù)。

以CRISPR系統(tǒng)為例，在使用CRISPR/Cas系統(tǒng)進(jìn)行基因編輯過程中，需要gRNA來引導(dǎo)Cas蛋白對(duì)基因組進(jìn)行切割，然后再通過供體兩端的同源片段進(jìn)行同源重組，或利用生物體自身的非同源末端連接進(jìn)行修復(fù)。

CRISPR/CAS基因編輯技術(shù)

基因編輯流程

無論使用哪種工具進(jìn)行基因編輯，都需要構(gòu)建載體，將基因編輯工具導(dǎo)入到細(xì)胞中，然后對(duì)細(xì)胞進(jìn)行驗(yàn)證，篩選出被正確編輯的細(xì)胞。

以酵母細(xì)胞基因編輯為例：

構(gòu)建載體過程包含了基因合成或擴(kuò)增、基因組裝、質(zhì)粒轉(zhuǎn)化、大腸桿菌培養(yǎng)、質(zhì)粒驗(yàn)證、測(cè)序等步驟。然后將構(gòu)建好的載體轉(zhuǎn)入酵母細(xì)胞中，其中包含酵母轉(zhuǎn)化、培養(yǎng)、克隆驗(yàn)證等步驟。

基因編輯流程長(zhǎng)、步驟多、需要熟練的操作，耗費(fèi)了科研工作者大量的時(shí)間和精力，往往是抬頭看文獻(xiàn)、低頭做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)虐我千百遍，我待實(shí)驗(yàn)如初戀。

如果可以將基因編輯使用的質(zhì)粒像工業(yè)化生產(chǎn)線上的產(chǎn)品一樣自動(dòng)化生產(chǎn)，輸入不同的基因片段，產(chǎn)出相應(yīng)的質(zhì)粒，然后再將其轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞中進(jìn)行基因編輯，將極大的提高科研以及研發(fā)效率，并且可以使科研人員從實(shí)驗(yàn)中解放出來，專注于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析。

自動(dòng)化基因編輯

基因編輯自動(dòng)化流水線需要完成基因擴(kuò)增、組裝、大腸桿菌轉(zhuǎn)化、克隆驗(yàn)證、質(zhì)粒提取、質(zhì)粒轉(zhuǎn)染、宿主驗(yàn)證等多種實(shí)驗(yàn)操作，其中涉及多種儀器設(shè)備，如自動(dòng)化液體工作站、酶標(biāo)儀、克隆挑選機(jī)器人、培養(yǎng)箱、PCR儀、離心機(jī)、封膜機(jī)、撕膜機(jī)等。同時(shí)，需要一款強(qiáng)大的整合軟件，進(jìn)行儀器調(diào)度、資源分配、耗材統(tǒng)籌、數(shù)據(jù)管理，使實(shí)驗(yàn)過程更加的流暢。

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基因編輯自動(dòng)化系統(tǒng)示例