关注我们

扫码关注我们

了解更多信息

首页 > 产品服务 > CRISPR/Cas9基因编辑服务

CRISPR/Cas9基因编辑服务

CRISPR/Cas9 Service

一、CRISPR/Cas9 基因编辑原理

CRISPR/Cas9 源于细菌的适应性免疫系统,被工程化为「一条引导 RNA(sgRNA)+ 一个核酸酶(Cas9)」的二元系统,可在活细胞中精准定位并编辑目标基因。该技术于 2020 年获诺贝尔化学奖,已成为基础研究、基因治疗与细胞治疗的核心工具。

简单讲,它就像一把「可编程的基因剪刀」:sgRNA 负责找位置,Cas9 负责剪断 DNA,之后的改写交给细胞自己完成。

1.1 工作机制:三步完成精准改写

1

sgRNA 引导定位

约 20 nt 间隔序列与目标 DNA 互补,像「导航」一样把 Cas9 带到基因组特定位点。

2

Cas9 切割双链

Cas9 在 PAM 上游识别并切断 DNA 双链,制造双链断裂(DSB),打开「编辑窗口」。

3

细胞修复改写

经易错的 NHEJ 引入 indel 实现敲除;或借供体模板经 HDR 精准插入实现敲入。

补充:天然系统中,细菌将噬菌体 DNA 整合为「间隔序列」;人工 CRISPR/Cas9 将其精简为单链 sgRNA,配合 Cas9 完成切割,切割位点位于 PAM 上游约 3 个碱基处。

1.2 sgRNA 引导与 PAM 识别:靶点如何被精准定位

sgRNA 由两部分组成

spacer ~20 nt scaffold 发夹 互补配对 · 决定特异性 结合并稳定 Cas9
间隔序列 spacer(约 20 nt):与目标 DNA 互补配对,决定靶点的特异性。
支架序列 scaffold:形成发夹结构,用于结合并稳定 Cas9。
关键:只要更换约 20 nt 的 spacer,就能把系统指向任意一个目标基因。

关于 PAM

PAM(原间隔序列邻近基序)是 Cas9 能否下刀的「开关」:没有它,即便 sgRNA 把 Cas9 带到了靶点,也切不动。

SpCas9 识别NGG
SaCas9 识别NNGRRT

生物自身基因组里缺少这类 PAM,会被当作「外来序列」,所以 PAM 也帮 Cas9 区分敌我。

为什么会脱靶?sgRNA 偶尔会和某些非目标序列部分互补(尤其是靠近 PAM 的「种子区」前 10–12 个碱基),导致 Cas9 误切。因此设计 sgRNA 时要做脱靶预测。

1.3 双链断裂后的修复:NHEJ 与 HDR

DNA 双链断裂后,细胞主要启动两条修复通路,修复路径的选择决定了最终的编辑结果:

非同源末端连接(NHEJ)

由 Ku70/80 与 DNA 连接酶 IV 介导,速度快但易出错,修复时常引入小的插入或缺失(indel)。当 indel 造成移码时即实现基因敲除(KO)。NHEJ 在细胞周期各阶段均可发生,适用范围广。

同源定向修复(HDR)

需要一段带同源臂的供体模板(donor),在 RAD51 等因子协助下将外源序列精准整合,实现基因敲入(KI)、标签/报告基因融合或单碱基点突变。HDR 主要活跃于 S/G2 期,效率通常低于 NHEJ,且对供体设计敏感。

一句话区分:NHEJ = 随机 indel → 敲除;HDR = 模板介导 → 敲入 / 点突变。分裂不活跃的细胞可借助 CRISPaint、碱基编辑、Prime Editor 等不依赖 HDR 的路径完成精准编辑。

1.4 不依赖 DSB 的精准编辑

传统 CRISPR/Cas9 依赖双链断裂,不可避免地带来随机 indel 与脱靶风险。两类「无 DSB」技术在此基础上演进,与现代工具共同构成编辑工具箱:

依赖 DSB

传统 Cas9

直接切割双链,借 NHEJ / HDR 实现敲除或敲入。工具成熟、适用最广,但伴随随机 indel 与脱靶。

机制:切割双链 · 结果:敲除 / 敲入
无 DSB

碱基编辑(BE)

失活 Cas9 / 切口酶融合脱氨酶,直接催化单碱基转换——CBE 实现 C→T、ABE 实现 A→G。脱靶更低,但限于特定碱基与编辑窗口。

机制:无 DSB · 转换:C→T / A→G
最精准 无 DSB

先导编辑(PE)

Cas9 切口酶 + 逆转录酶 + pegRNA,可在基因组上直接「搜索-替换」,支持 12 种碱基转换及小片段插入/缺失,无需供体模板。

机制:无 DSB · 最精准 · 12 种转换
三者如何选?主要看三项:精度要求、可编辑位点、以及能容忍多少脱靶。

1.5 相较 ZFN / TALEN 的优势

对比维度ZFN / TALENCRISPR/Cas9
靶点重定向需为每个靶点重新构建蛋白模块仅需更换约 20 nt 的 sgRNA
设计周期与成本高低
多重编辑困难容易(多条 sgRNA 串联)
工具成熟度较早,已有临床获批案例近年爆发,工具链最丰富
脱靶风险存在存在,但可通过预测与优化显著降低

二、递送系统对比

无论设计多精准,编辑系统都必须被送进目标细胞才能发挥作用。不同递送载体在整合特性、表达时长与适用对象上差异显著,下面逐一拆解并横向对比。

四种递送载体关键参数对比

对比项质粒
Plasmid
慢病毒
Lentivirus
腺病毒
Adenovirus
AAV
腺相关病毒
简介通过转染进入细胞,不整合、瞬时表达(约 3–7 天),成本低,适合易转染细胞系随机整合基因组、可稳定长期表达,适用范围广,适合大部分细胞的感染不整合、感染效率高、瞬时高表达,适合难干染细胞,但高 MOI 下毒性与免疫原性较明显免疫原性低、不整合、可长期表达,血清型决定组织嗜性(AAV9偏好心脏、AAV8 偏好肝脏),但包装容量有限
是否整合不整合随机整合、稳定表达不整合不整合(游离或少量整合)
表达时长3–7 天稳定(可长期)体外约 1 周组织内可达半年以上
标准滴度—10⁸–10⁹ TU/mL10¹¹-10¹² PFU/mL≥10¹² vg/mL
克隆容量5–8 kb≤4 kb高达 7 kb约 4.7 kb
主要局限难转染细胞效率低随机整合、长期脱靶风险高 MOI 毒性、免疫原性包装容量有限
在体动物以 AAV 为主力;其中 AAV-SaCas9 因 CDS 更短(≈3.1–3.2 kb vs SpCas9 ≈4.1 kb)可实现单载体 all-in-one 递送,而 SpCas9 常需双载体或更小 Cas9。

三、服务类型

汉恒生物 CRISPR/Cas9 服务分为三大类,覆盖从体外细胞操作到动物在体编辑的完整需求。点击「详情」即可跳转对应产品详情页,了解实验流程、交付物与周期等完整信息。

CRISPR 细胞基因编辑

体外细胞编辑

质粒 / 慢病毒 / 腺病毒多系统递送,覆盖敲除、敲入、点突变与 dCas9 调控,适配从常规细胞系到难转染体系的全场景编辑需求。

  • 覆盖编辑敲除 / 敲入 / 点突变 / dCas9
  • 递送系统质粒 · 慢病毒 · 腺病毒
  • 参考周期约 2–4 周
查看详情

AAV-SaCas9 在体基因编辑

在体动物编辑

SaCas9 + sgRNA 经 AAV 单载体 all-in-one 递送,直达组织与器官,专注动物在体基因编辑与表型验证。

  • 编辑工具SaCas9 + sgRNA
  • 递送载体AAV 单载体 all-in-one
  • 参考周期约 4–6 周
查看详情

单克隆基因敲除细胞株

稳定细胞株

单克隆冻存管交付,三重质控 + 报告,基因型一致、长期传代可重复,适合机制研究与稳定表达建系。

  • 交付形式单克隆冻存管
  • 质控三重质控 + 报告
  • 参考周期约 8–12 周
查看详情

四、应用场景

CRISPR/Cas9 已渗透基础研究与转化的多个环节,以下为汉恒客户最典型的应用方向。

五、汉恒优势

十年基因载体研发积累,病毒包装平台与 CRISPR 平台深度协同,从工具到交付全程可控。

汉恒以病毒载体为核心,将「递送 + 编辑 + 质控」打通为一条可控的产业链,让您只需对接一个技术团队即可完成从设计到验证的全流程。

递送系统灵活组合

质粒 / 慢病毒 / 腺病毒 / AAV 按需选型,覆盖易转染细胞至原代、干细胞、iPSC 等难转染体系。

四类编辑全覆盖

KO / KI / 点突变 / dCas9 调控均可用多系统递送,一站式配齐编辑工具。

多技术路径可选

NHEJ / HDR / CRISPaint / 碱基编辑 / 先导编辑按需匹配,兼顾效率与脱靶控制。

规格透明可溯源

滴度、测序 / 酶切鉴定、内毒素 / 无菌(病毒)等质控与 CoA 质量报告随交付提供。

多细胞类型适配

难转染 / 原代 / 悬浮细胞靠病毒产品覆盖,易转染系用质粒降本提速。

全程技术支持

提供 sgRNA 设计、转染 / 感染条件建议、MOI 参考与编辑效率、脱靶验证方法指导。

常见问题
sgRNA 的 PAM 序列是什么?为什么重要?
PAM(protospacer adjacent motif,原间隔序列邻近基序)是 Cas9 切割所必需的短序列,位于靶序列紧邻处(SpCas9 识别 NGG,SaCas9 识别 NNGRRT)。没有 PAM,Cas9 无法稳定结合与切割。CRISPR 通过 sgRNA 互补序列实现靶点特异性,PAM 只作为切割的「许可」信号;PAM 的分布决定了可编辑位点与脱靶谱。
碱基编辑、先导编辑和传统 CRISPR/Cas9 有什么区别?
传统 CRISPR/Cas9 依赖双链断裂(DSB)与细胞自身修复,易产生随机 indel;碱基编辑(Base Editor)用切口酶融合脱氨酶实现 C→T / A→G 单碱基转换,无 DSB、脱靶更低但仅限特定碱基;先导编辑(Prime Editor)用 Cas9 切口酶加逆转录酶与 pegRNA 实现「搜索-替换」,支持 12 种碱基转换及小片段插入/缺失,无需供体 DNA。
CRISPR/Cas9 与 ZFN、TALEN 相比有什么优势?
CRISPR/Cas9 只需更换约 20 nt 的 sgRNA 即可重定向靶点,设计快、成本低、易于多重编辑;ZFN/TALEN 需为每个靶点重新构建蛋白模块,周期与成本更高。三者在特定场景各有价值,但 CRISPR 的工具链与可及性优势明显。
体外细胞与在体动物分别适合哪种递送方式?
体外细胞常用质粒、慢病毒、腺病毒,按细胞类型选型;在体动物以 AAV 为主力(免疫原性低、不整合、可长期表达),其中 AAV-SaCas9 因 CDS 更短可实现单载体 all-in-one 递送。
AAV 介导的编辑多久起效?
标准单链 AAV 进入细胞后需完成第二链合成,峰值表达通常需约 3 周;载体不整合基因组,目的基因可在组织中稳定表达半年以上。取样过早可能无法观察到编辑效果,是项目返工最常见的原因之一。
单克隆与混合克隆细胞株怎么选?
仅需快速验证 sgRNA 活性或短期初筛可选混合克隆,周期与成本更低;用于发表、机制研究或长期传代建议构建单克隆,基因型一致、可重复性更好。
如何降低 CRISPR 脱靶风险?
采用多靶点评选与脱靶预测,优先无 DSB 的碱基编辑 / 先导编辑,或缩短 Cas9 表达窗口;必要时以高通量测序进行脱靶验证。
SpCas9 能否装进单个 AAV?
通常较困难:SpCas9 CDS 约 4.1 kb,加上 sgRNA 与调控元件后易超出 AAV 约 4.7 kb 的包装上限。实践中一般采用更短的 SaCas9,或采用双载体策略。
能做条件性敲除吗?
可以,采用 Cre 依赖的表达系统;项目开始前需明确 Cre 来源与诱导方式。适合研究发育必需基因或规避胚胎致死的情况。
´¦Àí SSI Îļþʱ³ö´í
想要获取更多产品信息及报价?
汉恒生物每年为1w+客户提供优质服务,项目经验10W+,期待与您的合作
获取方案与报价