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CRISPR/Cas12a系統實驗

簡要描述:CRISPR/Cas12a系統實驗:CRISPR/Cas12a(原稱 Cpf1)屬于 Class 2 Type V 型 CRISPR 系統,是細菌與古菌的適應性免疫機制,用于識別并切割入侵的病毒或質粒 DNA。與 Cas9 相比,其du特的工作模式使其在基因編輯、分子檢測及多基因調控中展現顯著優勢。

  • 更新時間:2025-07-09
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詳細介紹

一、系統定義與生物學起源

CRISPR/Cas12a(原稱 Cpf1)屬于 Class 2 Type V 型 CRISPR 系統,是細菌與古菌的適應性免疫機制,用于識別并切割入侵的病毒或質粒 DNA。與 Cas9 相比,其du特的工作模式使其在基因編輯、分子檢測及多基因調控中展現顯著優勢。


二、核心分子機制與技術特性

(一)作用流程

(二)關鍵特性對比(Cas12a vs Cas9)

參數CRISPR/Cas12aCRISPR/Cas9
蛋白大小1,200-1,300 氨基酸(更小)1,000-1,600 氨基酸
RNA 依賴僅需 crRNA(無 tracrRNA)需 crRNA + tracrRNA 或嵌合 sgRNA
crRNA 加工自主 RNase 活性(內置加工能力)依賴宿主 RNase III 和 tracrRNA
切割末端類型黏性末端(5' 突出) 平末端
PAM 識別序列5'-TTTN/TTTV-3'(富含 T)5'-NGG-3'(富含 G)
核酸酶結構域單一 RuvC 結構域HNH + RuvC 雙結構域
反式切割活性有(可非特異性切割 ssDNA)

  • V 表示 A/C/G(非 T),如 5'-TTTA/TTTC/TTTG-3'。

  • 黏性末端 更易觸發同源重組修復(HDR),提升精準編輯效率。


三、優勢與應用場景

(一)技術優勢

  1. 多基因編輯高效性

    • 單一 crRNA 陣列可同時靶向多個基因,無需重復構建 tracrRNA,適用于復雜通路調控。

  2. AT 富集基因組適配性

    • 對富含 AT 的基因組(如植物、寄生蟲)編輯效率顯著高于 Cas9。

  3. 低脫靶風險

    • 嚴格依賴 PAM 激活,且反式切割活性可關閉,全基因組脫靶率低于 Cas9。

  4. 遞送便捷性

    • 蛋白更小,更易包裝進 AAV 等病毒載體,適合體內基因治療。

(二)核心應用領域

應用方向案例優勢體現
多基因敲除玉米中同步編輯 3 個抗旱基因,編輯效率 >60%crRNA 陣列簡化設計
精準基因插入利用黏性末端增強 HDR,實現人源 FIX 凝血yin子基因定點修復高保真修復
分子診斷結合反式切割活性開發 核酸檢測(CRISPR-DETECT)高靈敏度、無需 PCR 擴增
抗病毒研究家蠶中編輯 BmNPV 病毒受體基因,抗病毒效率較 Cas9 提升 40%高效切割 AT 富集區
基因治療載體優化Cas12b(更小變體)脫靶率較 Cas9 降低 50%,適合臨床高安全性遞送


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