基因剪刀

RNA分子的自我剪接

以原生动物四膜虫26SrRNA前体成熟过程为例，说明自我剪接机制。在没有蛋白质的存在情况下，RNA分子可通过自身的剪接反应可将核苷酸的内含子（intron）自我剪接，该过程除需要  、鸟苷酸外，不需要其他任何酶的参与，并且将相邻片段的  端和  端连接成成熟的rRNA。大肠杆菌  噬菌体、酵母细胞色素细胞CmRNA均存在这种反应。

RNA分子的自我切割

所谓自我切割，就是RNA分子通过自我催化自身断裂成功能分子的过程。这种现象主要见于某些植物的RNA型病原体，例如类病毒、卫星病毒等。现在认为这些病毒一般认为是由滚环方式复制的，即复制时以病毒RNA为模板，首先合成一多拷贝的长RNA，然后通过自身催化的切割反应，产生单拷贝的病毒RNA分子，这些分子在复制完成时，会自发断裂成高侵染性单体。

研究发现，在自制过程中产生能够自我切割的RNA分子中起催化作用的区段具有保守性特定一、二级结构，位置与顺序不能随意变更，切割反应不论在体内还是体外均能自然发生，中性偏碱性环境和二价阳离子（  、  )可促进反应进行；切割位点特异且固定，都在底物的GUX（如GUC、GUA）部位；这种切割反应的催化剂在反应中专一性强，且不消耗，这些特点与酶蛋白一样。现在共发现了四种核酶：榔头状、发卡状、丁种肝炎病毒RNA和RNasc  。

核酶是具有酶活性的RNA分子，能结合特异RNA分子（靶RNA）。靶RNA分子一旦被切割就不能翻译，也就阻止了特定蛋白的合成，因此也将核酶成为基因剪刀。治疗性的核酶是通过核酶关键靶蛋白mRNA而达到目的。核酶可以化学合成，也可由载体持久或瞬时转染后表达而成。

根据天然核酶的结构特点，可以人为的设计出一种结构用来灭活一种基因，因为一旦知道某一基因的一级结构，在任何一种mRNA分子中找到保守的GUX序列结构，即可设计出相应的基因来破坏它们的功能。

核酸是特异性抑制病毒复制及基因表达最有力的工具之一，可用其制造特定抗病性的转基因动物或植物，通过体细胞基因转移治疗癌症，用来品种改良，良种培育。此外，用该技术还可设计基因剪刀用来研究基因的功能。由于目前许多动植物病原体的核酸序列都已测出，一些高等动物的基因组文库，尤其是目前人类基因组文库的建立，采用基因剪刀来进行生命活动的揭晓有重要意义。

1988年，澳大利亚Jim Haseloff等根据天然榔头状核酶的结构特点设计了一种CAT基因mRNA的核酶基因，其转录所得的基因剪刀能在体外剪切CATmRA。

1990年，美国N.Sarver等人针对艾滋病HIV-1的核酸基因导入Hela细胞，提高HIV-1病毒感染能力达20~40倍。

美国专利商标局2017年2月15日宣布,麻省理工学院和哈佛大学共同创建的布罗德研究所可继续保有此前获批的“基因剪刀”CRISPR技术专利｡这意味着这项举世瞩目的专利争夺战基本尘埃落定,出生在中国石家庄的美籍华裔科学家张锋的研究团队保有了CRISPR的关键技术专利权｡

当天,美国专利商标局专利审判和上诉委员会3名法官作出法庭裁决,认为布罗德研究所在2014年获得的CRISPR的技术专利权与加利福尼亚大学伯克利分校提交的专利申请是不同专利,前者不受后者专利申请影响｡

2012年6月,加州大学伯克利分校的生物化学家珍妮弗·道德纳等人首先在美国《科学》杂志上在线发表了有关CRISPR技术相关论文,并在此之前1个月率先提交专利申请;而布罗德研究所的张锋等人后来居上,虽然论文发表和专利申请晚了一步,但他们首次证明CRISPR技术能应用于人类细胞的基因组,获得了CRISPR技术的第一个专利｡

但道德纳等研究人员认为,他们的研究在CRISPR技术中涉及的范畴更广泛,对这项技术的研发具有奠基意义,因此布罗德研究所获得的专利不应被授予｡而张锋一方则认为,道德纳等人提出的是不同的专利声明｡由此,美国专利商标局2016年决定展开进一步调查,重新评估CRISPR专利归属｡

加州大学伯克利分校15日发表声明称,他们将可能继续上诉｡布罗德研究所则表示,法庭裁决确认了两方申请的专利不同,互不侵权｡

基因编辑技术早在20世纪90年代就出现了,但相比此前的技术,2012年诞生的CRISPR技术具有成本低､易上手､效率高等优势,使得对基因的修剪改造“平民化”,因此风靡整个生物学界,它又被形象地称为“基因剪刀”｡科学界普遍认为,这是21世纪以来生物技术方面最重要的突破｡这一技术曾三度入围美国《科学》杂志年度十大突破,在2015年更被评为年度头号突破｡