超精准CRISPR“剪刀”来了

基本编辑比传统的CRISPR-Cas9系统有更好的控制。资料来源:carloscariansciencephontolibrary

CRISPR基因组编辑工具的超精确版本正变得越来越强大。最近，研究人员使用工程酶来提高基因编辑技术的准确性，从而在不引入太多不必要的突变的情况下准确定位DNA。

根据《自然》杂志的报道，这些发表在最新一期《自然-生物技术》上的酶可以使一种叫做碱基编辑的方法更加可行，从而成为治疗遗传疾病的更有效的工具。

“人类基因组编辑的时代现在正处于一个脆弱的开端，我们都有责任尽一切可能减少不利影响。”该研究的负责人、美国贝尔德研究所的化学生物学家刘中达说，“尤其是当这些技术开始进入临床试验时。”

在CRISPR-Cas9编辑中，研究人员使用Cas9酶切割DNA双链，然后依靠细胞的DNA修复机制在该位置引入DNA序列的变化。这种方法是有效的，但几乎不可能控制引入什么序列。然而，在碱基编辑中，Cas9酶切割DNA的能力被破坏，并与其他酶融合，这些酶可以将一个“字母”的DNA化学转化为另一个。Cas9将这些酶导向目标部位。在那里，他们重写了一个特定的“字母”，而不是破坏两条DNA链

但是这项技术仍然需要优化。去年，研究人员报告称，用于将脱氧核糖核酸碱基转化为T的酶不仅作用于研究人员指定的目标，还作用于基因组中的其他随机位置。这些缺失效应引起了人们对使用这种技术进行基因治疗的担忧，因为不必要的DNA编辑可能会造成潜在的损害。

此外，这些变化随机分布在整个基因组中，检测它们的唯一方法是对所有编辑过的基因组进行测序——这既麻烦又昂贵。

为了解决这个问题，研究小组已经开发了几种方法来搜索细菌和人类细胞中的非目标突变，而不需要对整个基因组进行测序。在一种方法中，研究人员在细菌中插入一个基本编辑器，并测试微生物的抗生素抗性。细菌细胞中的耐药频率越高，碱基编辑器中的DNA突变就越活跃。

该研究小组筛选了多种酶，包括自然产生的酶和人工合成的酶，以寻找高保真的碱基编辑酶。结果，他们发现了一组可以将碳转化为碳的酶，而不会导致许多遗漏的突变。

中国科学院遗传与发育生物学研究所的植物生物学家高彩霞说，减少遗漏的目标对于在疾病治疗中使用碱基编辑非常重要。她说筛选方法比新酶本身更令人兴奋。因为一些基础编辑在植物细胞中工作不好，她希望筛选出有效的工具。

此外，在《自然-生物技术》的另一篇论文中，研究人员进一步开发了Cas9酶，该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)