《CRISPR基因編輯技術(shù)》由山東大學(xué)、北京大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、四川大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院等高校和科研院所的一線專家聯(lián)合編寫(xiě)，系統(tǒng)介紹CRISPR這一基因編輯技術(shù)的發(fā)展史、研究進(jìn)展、結(jié)構(gòu)組成、表觀編輯、脫靶效應(yīng)、脫靶檢測(cè)方法、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃瓦f送系統(tǒng)，以及該技術(shù)在微生物學(xué)、免疫學(xué)、疾病治療和傳染病核酸檢測(cè)中的應(yīng)用。全書(shū)論述扼要，匯入了不少典型的實(shí)驗(yàn)方案，體現(xiàn)了該技術(shù)的最新進(jìn)展及再多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)用性強(qiáng)。
《CRISPR基因編輯技術(shù)》可供生命科學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、農(nóng)學(xué)等領(lǐng)域的研究生和其他研究人員參閱。
劉世利，博士畢業(yè)于清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院，后留學(xué)于美國(guó)華盛頓大學(xué)，現(xiàn)為山東大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院副教授。主要講授課程和研究方向?yàn)獒t(yī)學(xué)微生物學(xué)。現(xiàn)科研方向主要是人體菌群研究，如細(xì)菌種類、細(xì)菌基因和細(xì)菌引發(fā)疾病的機(jī)制的研究工作，發(fā)表論文34篇�，F(xiàn)已出版專著3部，《人體微生物組》、《腫瘤細(xì)胞免疫》和《CRISPR基因編輯技術(shù)》。參與編寫(xiě)多本大學(xué)教材，現(xiàn)從事醫(yī)學(xué)微生物科普著作的創(chuàng)作。
第1章 CRISPR-Cas系統(tǒng)概述 001
1.1 引言 002
1.2 CRISPR-Cas分類 003
1.3 2類CRISPR-Cas系統(tǒng) 004
1.4 CRISPR-Cas系統(tǒng)的遞送方法 005
1.5 CRISPR-Cas系統(tǒng)的非基因組編輯方法 005
1.5.1 用CRISPR-Cas13和rCas9靶向RNA 005
1.5.2 CRISPRa/CRISPRi、表觀遺傳修飾和標(biāo)記 006
1.6 CRISPR-Cas商業(yè)化現(xiàn)狀 007
1.7 結(jié)語(yǔ) 007
參考文獻(xiàn) 008
第2章 基因編輯技術(shù)史話 011
2.1 引言 012
2.2 基因編輯技術(shù)的歷史先河：基因打靶技術(shù) 012
2.3 曇花一現(xiàn)：鋅指核酸酶技術(shù)和類轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物核酸酶技術(shù) 015
2.4 革命時(shí)代的來(lái)臨：CRISPR技術(shù) 018
2.5 結(jié)語(yǔ) 021
參考文獻(xiàn) 022
第3章 基于CRISPR-Cas系統(tǒng)的基因編輯技術(shù)的進(jìn)展 025
3.1 引言 026
3.2 基因編輯技術(shù)的發(fā)展 026
3.3 CRISPR-Cas系統(tǒng)的多樣性、分類與演變 028
3.3.1 CRISPR-Cas系統(tǒng)分類及作用原理 028
3.3.2 CRISPR-Cas系統(tǒng)的源起和進(jìn)化 029
3.4 CRISPR-Cas系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)展 031
3.4.1 在細(xì)菌及古菌中的應(yīng)用 031
3.4.2 在真菌中的應(yīng)用 032
3.4.3 在植物細(xì)胞中的應(yīng)用 033
3.4.4 在動(dòng)物細(xì)胞中的應(yīng)用 034
3.5 CRISPR-Cas系統(tǒng)的前瞻性應(yīng)用 035
3.6 結(jié)語(yǔ) 037
參考文獻(xiàn) 037
第4章 CRISPR-Cas9的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制 043
4.1 引言 044
4.2 CRISPR-Cas9生物學(xué) 044
4.3 Cas9酶 046
4.3.1 Apo酶的雙葉結(jié)構(gòu) 046
4.3.2 HNH和RuvC核酸酶結(jié)構(gòu)域 047
4.4 CRISPR-Cas9效應(yīng)復(fù)合物的組裝 047
4.4.1 sgRNA結(jié)合后的構(gòu)象重排 048
4.4.2 Cas9與sgRNA的相互作用 048
4.4.3 預(yù)排序種子RNA以及Cas9與PAM的相互作用 049
4.5 目標(biāo)搜索與識(shí)別 049
4.5.1 RNA-DNA異源雙鏈 050
4.5.2 PAM識(shí)別 051
4.5.3 局部DNA熔解和R環(huán)形成 051
4.5.4 Cas9誘導(dǎo)的DNA彎曲 053
4.6 靶標(biāo)切割 053
4.6.1 解偶聯(lián)的DNA結(jié)合和切割事件 054
4.6.2 通過(guò)HNH-RuvC通訊進(jìn)行DNA協(xié)同切割 054
4.6.3 非靶DNA鏈在HNH重定位中的關(guān)鍵作用 055
4.7 CRISPR-Cas9介導(dǎo)的DNA靶向和切割模型 056
4.8 Cas9直系同源物的結(jié)構(gòu) 056
4.9 結(jié)語(yǔ) 057
參考文獻(xiàn) 058
第5章 CRISPR介導(dǎo)的表觀遺傳學(xué)編輯 063
5.1 引言 064
5.2 針對(duì)組蛋白的表觀修飾 065
5.2.1 轉(zhuǎn)錄激活 065
5.2.2 轉(zhuǎn)錄抑制 066
5.2.3 目前的局限性 067
5.2.4 克服當(dāng)前局限性 069
5.3 針對(duì)DNA的表觀修飾研究 070
5.3.1 DNA甲基化 070
5.3.2 DNA去甲基化 071
5.3.3 使用CRISPR介導(dǎo)的方法探測(cè)新的DNA表觀遺傳修飾 072
5.3.4 m5dC衍生物的氧化 072
5.3.5 N6-甲基脫氧腺苷的發(fā)現(xiàn) 072
5.3.6 發(fā)現(xiàn)新的DNA表觀遺傳修飾 073
5.4 針對(duì)非編碼RNA的表觀遺傳學(xué)功能 074
5.5 化學(xué)和光誘導(dǎo)基因組表觀編輯 075
5.6 表觀基因組編輯與病理和醫(yī)療 076
5.7 超越CRISPR-Cas9 077
5.8 結(jié)語(yǔ) 078
參考文獻(xiàn) 080
第6章 CRISPR-Cas9的脫靶效應(yīng) 089
6.1 引言 090
6.2 最小化CRISPR-Cas9系統(tǒng)脫靶效應(yīng)的策略 091
6.2.1 改善sgRNA-Cas9復(fù)合物的有效濃度和sgRNA-Cas9復(fù)合物遞送 091
6.2.2 sgRNA分子的合理設(shè)計(jì) 093
6.2.3 新的Cas9變體的合理工程設(shè)計(jì) 094
6.2.4 Cas9直系同源物 095
6.2.5�、蝾怌as9直系同源物 096
6.3 CRISPR-Cas9系統(tǒng)中脫靶效應(yīng)的檢測(cè)方法 098
6.3.1 預(yù)測(cè)的脫靶位點(diǎn)檢測(cè) 099
6.3.2 WGS 099
6.3.3 ChIP-seq 099
6.3.4 IDLV捕獲 100
6.3.5 BLESS 100
6.3.6 GUIDE-seq 101
6.3.7 LAM-HTGTS 101
6.3.8 Digenome-seq 102
6.3.9 SITE-seq 102
6.3.10 CIRCLE-seq 103
6.3.11 GOTI 103
6.3.12 PEM-seq 104
6.3.13 DISCOVER-seq 104
6.4 結(jié)語(yǔ) 105
參考文獻(xiàn) 105
第7章 CRISPR-Cas9的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?112
7.1 引言 113
7.2 細(xì)胞模型 114
7.3 動(dòng)物模型 118
7.3.1 鼠 118
7.3.2 果蠅 120
7.3.3 斑馬魚(yú) 121
7.3.4 豬 123
7.3.5 其他動(dòng)物模型 123
7.4 植物 125
7.5 真菌 127
7.6 細(xì)菌 129
7.7 結(jié)語(yǔ) 133
參考文獻(xiàn) 133
第8章 納米材料遞送CRISPR-Cas系統(tǒng) 136
8.1 引言 137
8.2 納米材料概述 137
8.2.1 納米材料定義及特性 137
8.2.2 納米材料的分類 138
8.2.3 納米材料的應(yīng)用 138
8.3 基因療法簡(jiǎn)介 139
8.4 納米材料遞載CRISPR-Cas系統(tǒng)的生物應(yīng)用 140
8.4.1 二維納米材料遞送CRISPR-Cas系統(tǒng)的生物應(yīng)用 140
8.4.2 貴金屬及自組裝納米材料遞載CRISPR-Cas系統(tǒng)的生物應(yīng)用 143
8.4.3 其他納米材料遞載CRISPR-Cas系統(tǒng)的生物應(yīng)用 145
8.5 結(jié)語(yǔ) 146
參考文獻(xiàn) 147
第9章 全基因組CRISPR-Cas9基因敲除和轉(zhuǎn)錄激活篩選的實(shí)驗(yàn)方案 149
9.1 引言 150
9.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 151
9.2.1 篩選方法 151
9.2.2 sgRNA文庫(kù)的設(shè)計(jì)和選擇 151
9.2.3 構(gòu)建和遞送sgRNA文庫(kù)的方法 152
9.2.4 選擇sgRNA 153
9.3 材料 155
9.3.1 試劑 155
9.3.2 耗材及設(shè)備 160
9.3.3 試劑制備 162
9.3.4 材料準(zhǔn)備 164
9.3.5 步驟 164
9.4 結(jié)語(yǔ) 189
參考文獻(xiàn) 189
第10章 細(xì)菌中的CRISPR-Cas系統(tǒng)及其功能 191
10.1 引言 192
10.2 細(xì)菌中CRISPR的分布 193
10.3 CRISPR-Cas系統(tǒng)在細(xì)菌研究中的應(yīng)用 194
10.3.1 對(duì)細(xì)菌基因組進(jìn)行編輯 194
10.3.2 參與細(xì)菌基因的表達(dá)調(diào)控 195
10.3.3 與細(xì)菌生物膜、毒力和細(xì)菌耐藥的關(guān)系 196
10.3.4 參與細(xì)菌與宿主的相互作用 196
10.3.5 與細(xì)菌分型的關(guān)系 197
10.3.6 基于CRISPR系統(tǒng)的細(xì)菌進(jìn)化分析 198
10.3.7 與核酸檢測(cè)的關(guān)系 198
10.4 CRISPR-Cas系統(tǒng)的應(yīng)用可能帶來(lái)的倫理問(wèn)題及有害影響 200
10.5 結(jié)語(yǔ) 201
參考文獻(xiàn) 201
第11章 CRISPR-Cas技術(shù)在抵抗病原微生物感染中的應(yīng)用 206
11.1 引言 207
11.2 CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)在病毒相關(guān)疾病治療中的應(yīng)用 207
11.3 CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)在細(xì)菌和真菌中的應(yīng)用 208
11.4 結(jié)語(yǔ) 209
參考文獻(xiàn) 209
第12章 CRISPR-Cas9在免疫學(xué)研究中的應(yīng)用 211
12.1 引言 212
12.2 CRISPR-Cas9在免疫相關(guān)疾病發(fā)病機(jī)制研究中的應(yīng)用 212
12.2.1 造血系統(tǒng)惡性腫瘤疾病機(jī)制及動(dòng)物模型研究 212
12.2.2 CRISPR-Cas9全基因組篩選用于研究復(fù)雜生命過(guò)程 213
12.3 CRISPR-Cas9在免疫相關(guān)疾病治療中的應(yīng)用 214
12.3.1 腫瘤免疫治療 214
12.3.2 治療HIV感染 215
12.4 結(jié)語(yǔ) 217
參考文獻(xiàn) 218
第13章 CRISPR-Cas系統(tǒng)在核酸檢測(cè)中的應(yīng)用 220
13.1 引言 221
13.2 基于CRISPR-Cas系統(tǒng)的核酸檢測(cè)分類 222
13.2.1 基于Cas9系統(tǒng)的核酸檢測(cè) 222
13.2.2 基于CRISPR-Cas12和Cas14系統(tǒng)的DNA檢測(cè) 223
13.2.3 基于CRISPR-Cas13系統(tǒng)的RNA檢測(cè) 225
13.3 CRISPR-Cas核酸檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及局限性 227
13.4 結(jié)語(yǔ) 227
參考文獻(xiàn) 228
第14章 CRISPR-Cas9在疾病治療中的應(yīng)用 229
14.1 引言 230
14.2 CRISPR-Cas9系統(tǒng)在癌癥生物學(xué)中的潛在應(yīng)用 230
14.3 CRISPR-Cas9在遺傳性疾病中的作用 231
14.4 CRISPR-Cas9在病毒性疾病中的作用 232
14.5 CRISPR-Cas9在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用 234
14.6 CRISPR-Cas9在過(guò)敏和免疫疾病中的作用 234
14.7 結(jié)語(yǔ) 235
參考文獻(xiàn) 236
第15章 CRISPR-Cas在傳染病檢測(cè)和治療中的應(yīng)用 237
15.1 引言 238
15.2 CRISPR-Cas生物學(xué) 238
15.2.1 獲取間隔序列 239
15.2.2 crRNA生成 239
15.2.3 干擾 240
15.3 CRISPR-Cas9技術(shù)概述 242
15.3.1 CRISPR-Cas9基因工程 242
15.3.2 sgRNA文庫(kù)用于篩選基因型-表型 242
15.3.3 使用失活的Cas9調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄 242
15.4 在傳染病中的應(yīng)用 243
15.4.1 了解宿主與病原體的相互作用 243
15.4.2 在傳染病診斷中的應(yīng)用 244
15.4.3 CRISPR-Cas在治療中的應(yīng)用 246
15.5 結(jié)語(yǔ) 249
參考文獻(xiàn) 251
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