超精准CRISPR“剪刀”来了

为更安全基因治疗铺平道路

CRISPR基因组编辑工具的超精确版本正变得越来越强大。近日，研究人员利用工程酶提高了基因编辑技术的准确性，以精确定位DNA，同时又不会引入太多不必要的突变。

据《自然》报道，发表在最新一期《自然—生物技术》上的这些酶，可以使一种叫做碱基编辑的方法变得更可行，进而成为治疗遗传疾病的更有效工具。

“人类基因组编辑时代现在正处于脆弱的开端，我们都有责任尽一切可能减少不利影响。”该研究负责人、美国博德研究所化学生物学家David Liu说，“尤其是在这些技术开始进入临床试验的时候。”

在CRISPR-Cas9编辑中，研究人员使用Cas9酶切断DNA双链，然后依靠细胞的DNA修复机制在该位置引入DNA序列的改变。这种方法是有效的，但对于引入什么序列几乎无法控制。然而在碱基编辑中，Cas9酶切割DNA的能力被破坏了，并与其他酶融合在一起，这些酶可以用化学方法将DNA的一个“字母”转换成另一个。Cas9将这些酶引导到目标位置。在那里，它们不是破坏DNA的两条链，而是重写一个特定的“字母”。

但是这项技术仍然需要优化。去年，研究人员报告说，用于将DNA碱基C转化为T的酶不仅作用于研究人员指定的目标，还可以作用于基因组中的其他随机位置。这些脱靶效应引起了人们对使用该技术进行基因治疗的担忧，因为不必要的DNA编辑可能造成潜在的伤害。

而且，这些变化随机散布在整个基因组中，而检测它们的唯一方法是对全部编辑过的基因组进行测序——这既繁琐又昂贵。

为了解决这个问题，该研究组开发了几种方法寻找细菌和人类细胞中的脱靶突变，而不需要对整个基因组进行测序。在其中一种方法中，研究人员将碱基编辑器插入细菌中，并测试了微生物的抗生素耐药性。细菌细胞的耐药频率越高，碱基编辑器在其中的DNA突变就越活跃。

研究小组筛选了各种酶，包括自然产生和人工合成的酶，以寻找保真度更高的碱基编辑酶。结果他们发现了一组酶，可以将C转化为T，而不会引起许多脱靶突变。

中国科学院遗传与发育生物学研究所植物生物学家高彩霞表示，减少脱靶对将碱基编辑用于治疗疾病十分重要。她表示，筛选方法比新酶本身更令人兴奋。因为一些碱基编辑器在植物细胞中不能很好工作，所以她希望能筛选出有效的工具。

此外，在《自然—生物技术》的另一篇论文中，研究人员还进一步开发了Cas9酶，这种酶可以靶向以前无法到达的DNA区域。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41587-020-0414-6 (2020)

https://doi.org/10.1038/s41587-020-0412-8 (2020)