堿基編輯具有比傳統(tǒng)的CRISPR-Cas9系統(tǒng)更好的控制性。圖片來源：Carlos ClarivanScience Photo Library
“人類基因組編輯時代現(xiàn)在正處于脆弱的開端，我們都有責(zé)任盡一切可能減少不利影響?！痹撗芯控?fù)責(zé)人、美國博德研究所化學(xué)生物學(xué)家David Liu說，“尤其是在這些技術(shù)開始進(jìn)入臨床試驗(yàn)的時候?！?/p>
在CRISPR-Cas9編輯中，研究人員使用Cas9酶切斷DNA雙鏈，然后依靠細(xì)胞的DNA修復(fù)機(jī)制在該位置引入DNA序列的改變。這種方法是有效的，但對于引入什么序列幾乎無法控制。然而在堿基編輯中，Cas9酶切割DNA的能力被破壞了，并與其他酶融合在一起，這些酶可以用化學(xué)方法將DNA的一個“字母”轉(zhuǎn)換成另一個。Cas9將這些酶引導(dǎo)到目標(biāo)位置。在那里，它們不是破壞DNA的兩條鏈，而是重寫一個特定的“字母”。
但是這項(xiàng)技術(shù)仍然需要優(yōu)化。去年，研究人員報(bào)告說，用于將DNA堿基C轉(zhuǎn)化為T的酶不僅作用于研究人員指定的目標(biāo)，還可以作用于基因組中的其他隨機(jī)位置。這些脫靶效應(yīng)引起了人們對使用該技術(shù)進(jìn)行基因治療的擔(dān)憂，因?yàn)椴槐匾腄NA編輯可能造成潛在的傷害。
而且，這些變化隨機(jī)散布在整個基因組中，而檢測它們的唯一方法是對全部編輯過的基因組進(jìn)行測序——這既繁瑣又昂貴。
為了解決這個問題，該研究組開發(fā)了幾種方法尋找細(xì)菌和人類細(xì)胞中的脫靶突變，而不需要對整個基因組進(jìn)行測序。在其中一種方法中，研究人員將堿基編輯器插入細(xì)菌中，并測試了微生物的抗生素耐藥性。細(xì)菌細(xì)胞的耐藥頻率越高，堿基編輯器在其中的DNA突變就越活躍。
研究小組篩選了各種酶，包括自然產(chǎn)生和人工合成的酶，以尋找保真度更高的堿基編輯酶。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)了一組酶，可以將C轉(zhuǎn)化為T，而不會引起許多脫靶突變。
中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所植物生物學(xué)家高彩霞表示，減少脫靶對將堿基編輯用于治療疾病十分重要。她表示，篩選方法比新酶本身更令人興奮。因?yàn)橐恍A基編輯器在植物細(xì)胞中不能很好工作，所以她希望能篩選出有效的工具。
此外，在《自然—生物技術(shù)》的另一篇論文中，研究人員還進(jìn)一步開發(fā)了Cas9酶，這種酶可以靶向以前無法到達(dá)的DNA區(qū)域。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41587-020-0414-6 (2020)
https://doi.org/10.1038/s41587-020-0412-8 (2020)
