iGEM & CRISPR

2018 OUC-iGEM

黄佳城

20180810

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Content

• 1.基因组编辑技术与发展历史

• 2. CRISPR-Cas9系统

• 3. CRISPR-Cas系统

• 4. CRISPR的前沿研究

• 5.合成生物学 & iGEM & CRISPR

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Tips

• 启动子、终止子、转录

• RBS(核糖体结合位点)、核糖体、翻译、起始密码子、终止密码子

• 基因工程

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一、基因组编辑技术与发展历史

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• 基因组编辑技术（ genome editing ）

• “能够瞄准某个特定基因，以高于数万倍的准确率，实打实地破坏目标DNA（也就是令其功能失效）的技术”

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• RNAi

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• ZFN

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• TALENs

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• CRISPR

• 成簇的、规律间隔的、短回文、重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）

• CRISPR/Cas系统是细菌体内的获得性免疫系统, 是用来对抗侵略细菌的外源DNA, 质粒和噬菌体的.

• 1987 日本大阪大学/九州大学 – 石野良纯

• 2000-2005 生物信息学—CRISPR

• 2013 Nature boom

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二、 CRISPR-Cas9系统

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• CRISPR-Cas9系统

• II型CRISPR系统

• 应用最为广泛成熟

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• 作用机制

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• 作用机制

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• 作用机制

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三、 CRISPR-Cas系统

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• CRISPR Locus

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• 宏观层面

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• 宏观层面

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• CRISPR vs RNAi

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• 分类

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• Cas Protein

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四、 CRISPR前沿

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• 应用

• knock out

• Knock in

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• 应用

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• Knock out/ in

• Why Cas9 ？

• Others？

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• Knock out / in

• cpf1

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• 回顾 knock in / out

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• knock out / in （cas9）

• PAM（NGG）

• xCas9-PAM(NGN)

• PAGE（噬菌体辅助持续进化）

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• knock out / in （cas9）

• 脱靶（Off target）

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• knock in （cas9）

• Efficient

• Donor DNA linker

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• Others？

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• Pre-RNA processing

• Cas6f（Csy4）

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• Pre-RNA processing

• dCas6f（dCsy4）H29A

• Imidazole

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• Target

• dCas9

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• Target

• dCas9

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• Repeats

• 生物信息学：基因组注释

• dot-plot

• 2010年之前

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• Repeats

• 生物信息学：基因组注释

• 2010年之后

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• Repeats

• 生物信息学：理性改造

• CRISPR 与 机器学习

• SVM（支持向量机）：小样本机器学习，20个左右

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SVM

五、合成生物学 & iGEM & CRISPR

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• 合成生物学

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合成生物学与基因工程把一个物种的基因延续、改变并转移至另一物种的作法不同，合成生物学的目的在于建立人工生物系统（artificial biosystem），让它们像电路一样运行。

合成生物学近年来因其交叉、融合和颠覆性受到广泛关注。2018年习近平总书记在两院院士大会上的讲话指出：以合成生物学、基因编辑、脑科学、再生医学等为代表的生命科学领域孕育新的变革。

合成生物学是生物学、工程学、化学和信息技术相互交叉形成的一个新兴领域，是设计和建造新的生物学配件、设备和系统，以及为了应用的目的，重新设计尚存的自然生物学系统。

• iGEM

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国际遗传工程机器大赛（iGEM)又称国际遗传工程机器设计大赛，英文全称为International Genetically Engineered Machine Competition，由麻省理工创办，2005年发展成为国际性学术竞赛，是合成生物学领域最高级别的国际性学术竞赛。

国际遗传工程机器竞赛（iGEM）涉及生物学、计算机科学、数学等多学科，是以合成生物学为核心多学科交叉国际级科技竞赛，其理念在于鼓励大学生积极创新，用创新去改变世界 。具有多学科背景的iGEM团队需要利用标准生物模块（Biobricks）来构建基因回路、建立有效的数学模型，实现对精致复杂人工生物系统（artificial biosystem）的预测、操纵和测量以完成比赛。

• CRISPR in Igem

• 肺结核的检测

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• 肺结核的检测

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dCas9蛋白分别与2个荧光素酶片段融合形成dCas9-荧光素酶复合物

若有目标基因(即结核分枝杆菌DNA)

复合物分别识别相邻两PAM位点

N、C端结合发光

根据发光强度判断结核分枝杆菌DNA的有无及浓度

加入含有某人痰样的PCR扩增产物

• 肺结核的检测

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1、荧光素亚基－dCas9融合方式判断

• CRISPR in Igem

• 解决抗生素问题

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Thank YouQ & A

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