基因编辑技术实质上是利用同源重组修复和非同源末端修复，结合特异的DNA靶向识别和核酸内切酶来完成DNA序列的改变。从早期的锌指核酸酶（ZFN）和转录激活子样效应子核酸酶（TALEN）到最近基于CRISPR/Cas9的基因组编辑技术，共同实现RNA或DNA引导的基因组编辑，为基因功能研究提供了强大的研究工具。

1、 锌指核酸酶技术

人工核酸酶技术的发展使人工诱导DSB成为可能。其中，锌指核酸酶技术不仅是一项里程碑式的突破，也是第一代基因编码技术。锌指核酸酶醇由锌指蛋白（ZFP）和Fok Ⅰ核酸内切酶的核酸结构域组成。前者负责识别DNA序列，后者负责切割DNA。自2001年以来，锌指核酸酶技术已用于不同物种的基因编辑。

2、 转录激活物样效应器核酸酶

锌指核酸酶技术使基因编辑进入了不再单纯依赖天然DSB的时代，但它具有成本高、难以实现多靶点编辑等局限性。转录激活因子样效应子（TALE）基序的发现催生了第二代基因编辑技术——转录激活因子样效应子核酸酶（TALEN）技术。

塔伦的结构与锌指核酸酶相似。TALE基序串联以确定目标DNA识别模块，并与Fok Ⅰ结构域连接。然而，与ZF不同，一个 TALE 基序识别一个碱基对，串联的 TALE 基序则与所识别的碱基对呈对应关系。TALEN对同一靶点具有与ZFN相同的切割效率，但其离靶效应通常低于ZFN，且其结构比ZFN更简单。然而，TALEN比ZFN大得多，并且有更多的重复，因此在大肠杆菌中组装其编码基因更加困难。

3、 CRISPR/Cas9及其衍生技术

在分析人类肠道细菌的基因时，实验生物学家意外地发现了一组重复的回文序列。之后，这些序列在其他细菌基因组中被发现。通过计算生物学家的仔细计算，确定这种序列是细菌抵御外敌入侵的关键手段。这些序列具有家族形成、间隔规则、回文短、重复等特点，因此被命名为CRISPR。Cas是CRISPR相关蛋白的缩写，是DNA切割酶。几年后，这种序列被应用于基因编辑。由于其高效、方便和广泛的应用范围，它已成为最流行的基因编辑技术。

CRISPR/Cas系统最初是由细菌和古细菌进化而来的一种适应性免疫系统，用于抵抗外来病毒和质粒DNA。CRISPR/Cas系统通常由两部分组成，一部分是用于识别特定序列的引导RNA，另一部分是用于切割的Cas蛋白。与前两种技术相比，CRISPR/Cas9的设计更简单，成本更低。对于相同的靶点，CRISPR/Cas9具有更好的靶向效率。

然而，好消息是，最近出现了新的工具，允许研究人员以核苷酸水平的准确性和难以置信的速度对几乎任何物种进行精确修饰。大多数双链DNA断裂是在特定位置引入的，然后由细胞修复。常规有限稀释等方法需要多轮操作并结合多种方法来寻找和确认单克隆性，事倍功半。而莱德伯特（北京）生物科技有限公司的Beacon可直接培养目标细胞，所见即所得，可确保每个 NanoPen 仅有 1 个细胞，自动移除可能存在的多细胞，从而一轮 Beacon 就轻松达到 99.5%的单克隆性。在基因编辑技术这方面大大提高了效率。

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