有人說，基因編輯就像一個 「潘多拉魔盒」，一旦打開，就很難合上了。事實證明，所有技術都是一把雙刃劍，基因編輯也同樣如此。它既能帶給我們難以預料的風險和倫理道德問題，也能幫助我們更好地認識人類本身。而且，對於疾病產生的原因以及抑制疾病的方法，基因編輯起著不可替代的作用。基因編輯研究的進展，一直是人們關注的重點。
3 月 16 日，《自然生物科技》（Nature Biotechnology）雜誌在線發表了一項新研究，來自多倫多大學泰倫斯 · 唐納利細胞及生物分子研究中心的科學家通過使用一種名為 「CHyMErA」 的基因編輯方法，可以同時編輯基因組中的多個位點。
這一技術突破，有望幫助科研人員深入理解不同 DNA 片段如何在健康和疾病中協同作用。
基於 CRISPR 的基因編輯技術徹底改變了人類基因組的研究，它使得科研人員可以通過精確敲除人體內的任何基因來獲取對相關基因所具有功能的認知，但這類方法依然具有一些不足之處。比如，不能同時切除同一細胞中的多個基因或基因片段，這種類型的基因組手術是科學家了解基因組不同部分在正常生理和疾病情況下如何協同工作的關鍵。
日前，來自多倫多大學泰倫斯 · 唐納利細胞及生物分子研究中心的分子遺傳學教授 Benjamin Blencowe 和 Jason Moffat 分別領導的兩支團隊，共同提出了一種名為 「CHyMErA」（Cas Hybrid for Multiplexed Editing and Screening Applications）的基因編輯新方法。研究人員表示，這一方法可以同時對多個位置的 DNA 進行編輯，並應用於任何類型的哺乳動物細胞內。
Benjamin Blencowe 團隊專注於外顯子（exons）基因片段的調節和功能研究，Jason Moffat 團隊則在 CRISPR 技術方面具有豐富的經驗。
圖 | CHyMErA 允許科研人員一次同時編輯多個基因（來源：Ernesto del Aguila III，美國國家人類基因組研究所，美國國立衛生研究院）
CRISPR 通常被描述為基因剪刀，其工作原理是通過引導 RNA 分子將 DNA 限制酶瞄準到基因組中的目標位置，使之可以附著在目標位置上。Cas9 是使用最為廣泛的 DNA 限制酶。自從 Cas9 首次曝光以來，科學家們已經發現了其他具有獨特性質的 Cas 酶，並將其用於改進和擴大這項技術的應用。
與 CRISPR-Cas9 技術不同，新基因編輯技術 CHyMErA 通過結合使用 Cas9 和 Cas12a 這兩種不同的 DNA 限制酶，拓寬了基因編輯的可選目標範圍。Cas12a 是一種酶，可以用於在同一細胞中生成多個引導 RNA 分子，這是同時進行多個 DNA 編輯的關鍵因素。
「我們已經嘗試了許多方法來誘導基因片段敲除，但沒有任何方法像 CHyMErA 一樣有效。」 Benjamin Blencowe 團隊的研究助理 Thomas Gonatopoulos-Pournatzis 表示。
Michael Aregger 是 Moffat 實驗室的研究助理，他在 CHyMErA 的基因篩選工作上發揮了關鍵作用。他表示，「有了 CHyMErA，你可以充分利用這兩種酶。Cas9 已經被科研人員多次改進，具有了非常高的編輯效率，而 Cas12a 允許引導 RNA 的多路復用（multiplexing）。因此，我們在尋找可以敲除的基因組位點方面，具有了更多的靈活性。」
研究人員表示，下一步是利用 CHyMErA 對人類基因進行大規模篩選，系統分析不同基因如何共同作用以及基因內各個部分的功能。
解碼旁系同源基因
在 CHyMErA 的一個應用中，研究人員瞄準了被稱為旁系同源（paralogs）基因的一對基因，這些基因具有相似的 DNA 編碼，但由於難以研究，目前科研人員對其並沒有太多的認知。由於 paralogs 基因由祖先基因（ancestral gene）複製產生，人們認為它們在很大程度上具有相似的作用。但它們的功能無法被現有的單基因靶向方法揭示，一個主要原因是另一個 paralog 可以彌補缺失基因的作用。
「有了 CHyMErA，我們可以把兩個 paralog 成對取出，看看這個基因功能對細胞生存的影響，」 Moffat 實驗室的高級研究助理 Kevin Brown 說，「我們現在可以研究以前被遺漏的一類基因。」
在敲除了人類基因組中大約 700 個 paralog 對之後，研究人員表示，這項分析證實了其中的很多基因對確實在細胞生存過程中發揮了類似的作用，但一些其他的基因對則具有不同的功能。
探究外顯子
CHyMErA 的另一個應用是，可以通過將 Cas9 和 Cas12a 部署到附近的基因組位點來敲除外顯子等基因片段。這使得研究團隊可以單獨切除數千個與癌症和大腦功能有關的外顯子，在此之前，無法只用 Cas9 實現。
外顯子被包含在基因的轉錄本中，儘管單個外顯子對細胞過程的影響在很大程度上依然是未知的，但研究證明，外顯子可以改變被編碼蛋白質的功能。在 CHyMErA 分析的 2000 個外顯子中，發現超過 100 個對細胞生存至關重要，這就使得科研人員在未來的研究中可以專注於揭示它們在疾病中的潛在作用。
「一旦我們確定外顯子在疾病中所起的關鍵作用，我們就可以利用這些信息來開發新的治療方法。」 Gonatopoulos-Pournatzis 說。