BioMolly 细胞奇遇记 2024-05-28 22:28 上海
基因敲除（Gene knock-out）是用含有一定已知序列的DNA片段与受体细胞基因组中序列相同或相近的基因发生同源重组,整合至受体细胞基因组中并得到表达的一种外源DNA导入技术。
基因敲除一般应用于鼠，而最常用的鼠的种系是129及其杂合体，因为这类小鼠具有自发突变形成畸胎瘤和畸胎肉瘤的倾向，是基因敲除的理想实验动物。而其他遗传背景的胚胎干细胞系逐渐被发展应用，来自于C57BL/6×CBN/JNCrjF1小鼠的胚胎干细胞成功地用于基因敲除。c57BL/6小鼠种系等已经广泛的应用于免疫学，神经学，癌症，等几乎所有研究领域。已经有一些公司或科研机构已经开始用C57BL/6遗传背景的胚胎干细胞进行基因打靶。
将目的基因和与细胞内靶基因特异片段同源的DNA分子重组到带有标记基因（如neo基因或TK基因）的载体上，这种重组载体称为打靶载体。根据基因打靶的不同目的，打靶载体可分为替换性载体和插入型载体。
如果要将外源基因引入染色体DNA的特定位点，设计的插入型载体应包含外源基因（目的基因）、同源基因片段和标记基因等部分。为了使某基因失去其生理功能，设计的替换型打靶载体应包括靶基因的启动子及第一外显子的DNA片段和标记基因等。
根据实验目的不同，打靶载体可分为全基因敲除、条件性基因敲除、基因敲入和诱导性基因敲除等类型。
将基因打靶载体通过一定的方式(常用电穿孔法)导入同源的胚胎干细胞(EScell)中，使外源DNA与胚胎干细胞基因组中相应部分发生同源重组，将打靶载体中的DNA序列整合到内源基因组中从而得以表达。一般地，显微注射命中率较高，但技术难度较大，电穿孔命中率比显微注射低，但便于使用。
一般地，筛选使用正、负选择法，比如用G418筛选所有能表达neo基因的细胞，然后用Ganciclovir淘汰所有HSV-TK正常表达的细胞，剩下的细胞为命中的细胞。由于用于TK筛选的Gancyclovir对小鼠的种系传递有影响，一般采用DTA(白喉毒素A亚基）进行阴性筛选。将筛选出来的靶细胞导入鼠的囊胚中，再将此囊胚植入假孕母鼠体内，使其发育成嵌合体小鼠。
通过观察嵌和体小鼠的生物学形状的变化进而了解目的基因变化前后对小鼠的生物学性状的改变，达到研究目的基因的目的。
在基因功能，代谢途径等研究中模型生物的建立非常重要。基因敲除技术就常常用于建立某种特定基因缺失的生物模型，从而进行相关的研究。这些模型可以是细胞，也可以是完整的动植物或微生物个体。最常见的是小鼠，家兔、猪、线虫、酵母和拟南芥等的基因敲除模型也常见于报道。
通过基因敲除技术可以确定特定基因的性质以及研究它对机体的影响。这无论是对了解疾病的根源或者是寻找基因治疗的靶目标都有重大的意义。
众所周知，器官来源稀少往往是人体器官移植的一大制约因素，而大量廉价的异种生物如猪等的器官却不能用于人体。这是因为异源生物的基因会产生一些能引起人体强烈免疫排斥的异源分子，如果能将产生这些异源分子的基因敲除，那么动物的器官将能用于人体的疾病治疗，这将为患者带来具大的福音。如：PPL Therapeutics 公司于1999 年已成功地在猪的体细胞中用基因敲除技术敲除了α－1，3GT 基因。使每只猪都缺乏产生a１－３半乳糖基转移酶的基因的２个拷贝。这些酶在细胞表面产生一种糖分子，人体的免疫系统可以立即辨认出这种糖分子为异源性，从而引发超急性免疫排斥反应。在缺乏这种酶的情况下，超急性排斥反应即不会再发生
同异源器官移植相似，异源的抗体用于人体时或多或少会有一定的免疫排斥，使得人用抗体类药物的生产和应用受阻。而如果将动物免疫分子基因敲除，换以人的相应基因，那么将产生人的抗体，从而解决人源抗体的生产问题。
细菌的基因工程技术是本世纪分子生物学史上的一个重大突破，而基因敲除技术则可能是遗传工程中的另一重大飞跃。它为定向改造生物，培育新型生物提供了重要的技术支持
基因敲除技术不断发展和完善，未来的研究和应用将更加广泛和深入。新的基因编辑工具和方法，如改进的CRISPR系统（如CRISPR-Cpf1）和基因组编辑技术，将进一步提高基因敲除的效率和特异性。展能够同时敲除多个基因的技术，将有助于研究复杂基因网络和多基因疾病，未来结合单细胞测序技术，实现单细胞水平的基因敲除研究，提供更加精细的基因功能解析。随着基因编辑技术的普及，伦理和安全性问题也将成为重要关注点。制定严格的规范和指南，确保技术的合理应用。总之，基因敲除技术在基础研究和临床应用中具有重要意义，随着技术的不断进步和优化，其应用前景将更加广阔。
