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基因组工程学里的三大利器 ——ZFN、TALEN和 CRISPR/Cas 在过去，如果你想在模式生物中进行复杂的基因组修饰，你几乎只能选择小鼠。首先，你要设计一个打靶载体，将其引入小鼠胚胎干细胞，并将这些经过修饰的细胞注射到小鼠囊胚。接着是孕育、出生、筛选，等待所需的幼崽成长到性成熟，交配和杂交，之后是更多孕育、更多筛选，一直下去。复杂的项目也许需要一年或更长时间才能完成。它几乎只对小鼠起作用。原因还不是很清楚，也许小鼠胚胎干细胞有着特别活跃的同源重组系统。大鼠和人类则不是这样。不过好消息是，最近出现的新工具让研究人员能够在几乎任何物种中实现精确的修饰，有着核苷酸水平的精确度，也有着令人难以置信的速度。大部分是在特定的位置引入双链DNA 断裂，然后由细胞进行修复。区别在于如何引入断裂，以及新序列靶定的难易程度。 锌指核酸酶（Zinc-finger nucleases, ZFN）和转录激活因子样效应因子核酸酶（transcription activator-like effector nucleases, TALEN）这两种新型的核酸酶重新定义了传统生物学研究的界限和范畴。这两种核酸酶都是嵌合体，都是由经过设计的、序列特异性的 DNA结合元件（programmable, sequence-specific DNA-binding modules）和非特异性的 DNA切割结构域结合而成的。ZFN和 TALEN都可以对 DNA进行 各种遗传修饰，这两种核酸酶的作用机制都是先对 DNA双链分子进行切割，形成 DNA双链断裂切口（DNA double-strand break），然后激活细胞内的非同源末端连接修复 机制（nonhomologous end joining，这是一种非保真的、容易出现遗传突变的修复机制），或者同源重组修复机制（homology-directed repair，这是一种高保真的修复机 制，不容易出现突变），利用细胞自身的修复机制对 DNA进行遗传学修饰。接下来， 我们就将为读者介绍这种新型的、序列特异性的核酸酶，看看它们在遗传分析和遗传 改造工作中都能发挥哪些功用。此外，我们还会重点介绍 ZFN和 TALEN在临床治疗方面的潜力，以及这些核酸酶，与包括最新出现的RNA介导的、基于成簇的规律间隔的 短回文重复序列和 Cas蛋白的 DNA核酸内切酶（clustered regulatory interspaced short palindromic repeat (CRISPR)/Cas-based RNA-guided DNA endonucleases）在内的 其它核酸酶在未来的发展潜力。 了解基因功能的传统方法和现代方法 随着全基因组测序技术（whole-genome sequencing）的不断发展和完善...