在過去的幾年里，CRISPR基因編輯技術(shù)已經(jīng)讓世界各地的生物實(shí)驗(yàn)室感到震驚，因?yàn)樗鼈兛梢跃_地改變單個(gè)DNA的堿基，有望對(duì)遺傳疾病進(jìn)行修復(fù)，并改進(jìn)農(nóng)作物和牲畜的基因組。但是這樣的“堿基編輯器”可能有一個(gè)嚴(yán)重的弱點(diǎn)。本周在《Science》網(wǎng)站上發(fā)表的兩項(xiàng)研究表明，一種堿基編輯器會(huì)導(dǎo)致許多不必要的、潛在危險(xiǎn)的“脫靶”問題，因?yàn)檫@種基因編輯技術(shù)可能帶來(lái)不可預(yù)測(cè)的基因變化。

在過去的幾年里，CRISPR基因編輯技術(shù)已經(jīng)讓世界各地的生物實(shí)驗(yàn)室感到震驚，因?yàn)樗鼈兛梢跃_地改變單個(gè)DNA的堿基，有望對(duì)遺傳疾病進(jìn)行修復(fù)，并改進(jìn)農(nóng)作物和牲畜的基因組。但是這樣的“堿基編輯器”可能有一個(gè)嚴(yán)重的弱點(diǎn)。本周在《Science》網(wǎng)站上發(fā)表的兩項(xiàng)研究表明，一種堿基編輯器會(huì)導(dǎo)致許多不必要的、潛在危險(xiǎn)的“脫靶”問題，因?yàn)檫@種基因編輯技術(shù)可能帶來(lái)不可預(yù)測(cè)的基因變化。

浙大醫(yī)學(xué)院汪浩教授曾表示，“因?yàn)镃RISPR基因編輯技術(shù)雖然是比較成熟的基因編輯技術(shù)，但可能存在脫靶問題，也就是說(shuō)具有潛在的風(fēng)險(xiǎn)，并不是只有好處沒有壞處的。這是一把雙刃劍。”

哈佛大學(xué)（HarvardUniversity）的化學(xué)家劉大衛(wèi)（DavidLiu）說(shuō)，總體而言，這些錯(cuò)誤仍然很少見，他們的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了第一代堿基編輯，并且不太可能干擾該技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用。但David和其他人說(shuō)，他們非常擔(dān)心任何一個(gè)考慮在病人身上使用這項(xiàng)技術(shù)的人。首爾國(guó)立大學(xué)CRISPR研究員Jin-SooKim說(shuō)：“現(xiàn)在重要的是，要確定哪一種成分會(huì)造成副作用的突變，以及如何減少或避免這類事情發(fā)生。”

CRISPR最初的形式是用一條RNA鏈引導(dǎo)CAS9酶到基因組中的特定位置。CAS9在DNA上起到分子剪切的作用，切斷了DNA的兩條鏈，細(xì)胞嘗試修復(fù)制動(dòng)器會(huì)使基因失效?；蛘哐芯咳藛T可以用切口插入一個(gè)新的DNA序列。堿基編輯器將引導(dǎo)RNA連接到只切斷一條DNA鏈的CAS9上。這種分子復(fù)合物包括脫氨酶，這種酶能在化學(xué)上把一種堿基轉(zhuǎn)變成另一種堿基。因?yàn)檫@些編輯器比CRISPR本身更能控制特定的變化，研究人員并不認(rèn)為它們會(huì)導(dǎo)致脫靶問題。

事實(shí)上，對(duì)于CRISP技術(shù)脫靶效應(yīng)是否有解決之道，研究上早有進(jìn)展。

此前，據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，CRISPR-Cas9技術(shù)發(fā)明人之一詹妮弗·杜德納參與的研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)，抗CRISPR蛋白能將CRISPR導(dǎo)致的脫靶效應(yīng)降低四分之一，其中一種名叫“AcrllA4”的蛋白甚至能將脫靶效應(yīng)發(fā)生率減少4倍，而整個(gè)過程中目標(biāo)位點(diǎn)的基因編輯沒有受到絲毫影響。

2016年加州大學(xué)舊金山分校科學(xué)家約瑟夫·邦迪-德努米團(tuán)隊(duì)在李斯特細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了四種能夠阻斷CRISPR-Cas9活性的蛋白質(zhì)，其中包括AcrllA4蛋白。另一個(gè)團(tuán)隊(duì)從一種腦膜炎細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了另外三種這類蛋白質(zhì)。邦迪-德努米當(dāng)時(shí)預(yù)言，這些蛋白質(zhì)將成為CRISPR基因療法的標(biāo)準(zhǔn)組成部分，讓CRISPR-Cas9在基因編輯一段時(shí)間后“關(guān)閉其活性”，防止在不必要的位點(diǎn)隨意剪切，造成脫靶效應(yīng)。

如果電閘只能開不能關(guān)，將會(huì)非?？植溃虼岁P(guān)閉Cas9的活性跟開啟它一樣重要，對(duì)CRISPR最終治療應(yīng)用來(lái)說(shuō)，精確調(diào)控Cas9在什么時(shí)間、什么位置進(jìn)行基因編輯，抗CRISPR蛋白將起到至關(guān)重要的作用。

現(xiàn)如今，兩組主要在中國(guó)的研究人員在水稻和小鼠胚胎上做獨(dú)立研究，在使用編輯將DNA堿基胞嘧啶（C）轉(zhuǎn)變?yōu)樾叵汆奏ぃ═，DNA專有）的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了大量的脫靶突變。另一位來(lái)自劉（DavidLiu）團(tuán)隊(duì)的堿基編輯將腺嘌呤（A）轉(zhuǎn)化為鳥嘌呤（G）的實(shí)驗(yàn)中，沒有出現(xiàn)這樣的問題。

在水稻研究中，由中國(guó)科學(xué)院北京{theChineseAcademyofSciences(簡(jiǎn)稱：CAS)inBeijing}的植物生物學(xué)家高彩霞（GaoCaixia）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組，他們?cè)诒本⒉煌瑝A基編輯器改變過的77種植物和假對(duì)照或未經(jīng)處理的植物進(jìn)行了DNA對(duì)比。研究人員隨后評(píng)估了低水平的背景突變率。他們發(fā)現(xiàn)，胞嘧啶到胸腺嘧啶的堿基編輯可能使脫靶突變的背景水平翻倍。GaoCaixia說(shuō)：“我們必須對(duì)我們的結(jié)果非常小心，因?yàn)槿澜缍紝⒚芮嘘P(guān)注。幸運(yùn)的是，其他的團(tuán)隊(duì)在老鼠身上做了一個(gè)非常相似的研究觀察，事實(shí)上，他們的系統(tǒng)甚至比我們的更好。”

在這項(xiàng)工作中，由中國(guó)科學(xué)院上海分院（CASinShanghai）和加州帕洛阿爾托斯坦福大學(xué)（StanfordUniversityinPaloAlto,California）的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)多機(jī)構(gòu)合作，通過在一個(gè)新形成的小鼠胚胎中的兩個(gè)細(xì)胞中的一個(gè)中注入一個(gè)堿基編輯器，開發(fā)了一種巧妙的內(nèi)置控制。通過比較這兩個(gè)細(xì)胞的后代，研究人員發(fā)現(xiàn)，由胞嘧啶堿基編輯引起脫靶效應(yīng)比背景突變率高出20倍以上，其中，一些突變發(fā)生在致癌基因組區(qū)域。

波士頓馬薩諸塞州總醫(yī)院的病理學(xué)家J.KeithJoung（J.KeithJoung,apathologistatMassachusettsGeneralHospitalinBoston）說(shuō)，調(diào)整編輯的脫氨酶或其他成分可以降低其脫靶效應(yīng)，他發(fā)明了一種常用的胞嘧啶堿基編輯器，并與另一位劉姓研究者共同創(chuàng)建了一家生物醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)堿基編輯公司。Kim對(duì)該領(lǐng)域?qū)⒀杆贋榘奏ぞ庉嬚业浇鉀Q方案持樂觀態(tài)度。“一個(gè)新的問題總是提供新的機(jī)會(huì)，”他說(shuō)。

斯坦福大學(xué)生物工程學(xué)家StanleyQi（StanleyQi,aStanfordUniversitybioengineer）也創(chuàng)造了CRISPR的變體，他說(shuō)一種新的生物技術(shù)有缺陷并不奇怪。“我不認(rèn)為這些報(bào)道會(huì)降低我對(duì)堿基編輯或基因編輯的熱情。”