魏文胜老师学术讲座

  12月8日，学堂班邀请了北京大学的魏文胜老师，为同学们做主题为“Gene Editing&High-throughput Functional Genomics”的学术讲座。

  在讲座的一开始，魏老师首先带我们回顾了DNA cloning技术的历史，以此做引子，引出了接下来关于基因编辑技术的话题。下面，魏老师为我们详细地介绍了三种常见的基因编辑工具：锌指核酸酶、TALEN、CRISPR/Cas9.

  对于锌指核酸酶，魏老师为我们介绍了这一工具的基本原理。顾名思义，锌指核酸酶的 DNA 结合结构域由“锌指”（zinc finger）组成。锌指结构是蛋白质中的一种特殊结构，通常富含 His 和 Cys 两种氨基酸，并可以螯合锌离子，形成指状结构，因此得名。锌指结构同时还可以特异性地识别并结合 DNA，每个锌指结构可以识别三个碱基。在锌指核酸酶的 DNA 结合结构域中，通常人为设计有 3-6 个串联的锌指结构，以提高其识别碱基序列的长度和精准性。锌指核酸酶的 DNA 切割结构域与 DNA 结合结构域之间通过一小段连接片段（linker）相连。DNA 切割结构域是由核酸内切酶改造而来，最常用的一种是 Fok 1.通过设计合适的锌指结构，锌指核酸酶可以识别特定的 DNA 序列。通常，要使锌指核酸酶分别结合并识别 DNA 上的两端互为反向的序列，使切割结构域聚合成二聚体，对 DNA 进行双链切割，诱发双链断裂。这之后，通过细胞的非同源末端连接或同源重组修复机制，便达到了对目标区段进行突变诱发或基因编辑的目的。魏老师也指出了这项工具的一些缺陷，并和我们讨论了公司垄断对这项技术的发展和应用如何造成了阻碍。

  魏老师为我们介绍的第二种工具是TALEN. 转录激活因子样效应物核酸酶 (Transcription activator-like effector nuclease，TALEN）主要由三个部分组成：核定位信号序列（NLS）、含有 TALE 重复序列的 DNA 结合结构域和 DNA 切割结构域。其中核定位信号序列能保证 TALEN 正确入核发挥作用，另外两个结构域则确保了 TALEN 具有识别特定 DNA 序列并进行切割的功能。TALE 最早从一种侵染植物的病原体中被发现，它可以特异性地结合特定的 DNA 序列。更具体地，TALE 由大量重复区段组成，典型的重复区段由 34 个氨基酸残基组成，而每个重复区段中的第 12、13 个氨基酸残基可以决定其与哪一个核酸碱基特异性地结合。通过设计每个重复区段中的这两个氨基酸残基，便可以构建出能结合某一目标 DNA 序列的 TALE。将此 TALE 蛋白作为 TALEN 的 DNA 结合结构域，再连接 NLS 和例如 Fok1的内切酶作为 DNA 切割结构域，得到的 TALEN 即可行使基因编辑的结构。其作用方式与锌指核酸酶类似，也是识别 DNA 序列，再进行双链切割。

  而CRISPR/Cas9 则是同学们最为熟知的一个基因编辑工具。与上述的两种基因编辑技术不同，CRISPR/Cas 系统不依赖于蛋白质对 DNA 序列的特异性识别，而是使用 RNA 来识别特定的位点，再进行双链切割。CRISPR/Cas 系统在原核生物中广泛存在，是用来对抗噬菌体侵染的有效机制。

  此外，魏老师还向同学们分享了他的研究方向的前沿内容，给同学们介绍了他的课题组如何将基因组编辑技术应用于高通量功能基因组学研究，并介绍了Paired guide RNA和单核苷酸分辨率的技术的相关内容。

  最后，针对最近的新闻热点，魏老师和同学们对基因编辑技术涉及的伦理问题展开了讨论。大家一致认为，应用基因编辑技术必须恪守伦理道德的底线。魏老师和同学们还对中国目前的科普工作应当如何开展进行了讨论。

  魏老师风趣幽默、生动形象的讲座给学堂班的同学们留下了深刻的影响，大家也从中收获了很多知识和启发。