基因編輯迭代 | 從CRISPR-Cas9到鹼基編輯

2021-01-08 騰訊網

如今,蛋白質工程對基因工程的驅動作用愈加明顯。

第一代的CRISPR基因編輯系統使用的是核酸酶Cas9,這種酶能在特定位點切斷DNA。CRISPR-Cas9被廣泛採用,但新的CRISPR體系也在不斷出現,它們用新的酶比如XCas9、SpCas9-NG取代了天然核酸酶。它們拓展了可被編輯的基因區域,有些還擁有比第一代酶更高的特異性,能夠將降低甚至避免脫靶效應。

去年,研究人員報導了CRISPR基因組編輯技術的一些缺陷,正是這些阻礙了其臨床應用。比如p53基因的活化,帶來了癌症風險;「打靶效應」過度,引發大規模基因刪除;CRISPR系統的免疫原性引發免疫攻擊。基因組編輯要想走上臨床,必須要先解決這些問題。有些問題是由DNA雙鏈斷裂引起的,但並不是所有基因編輯酶都會造成雙鏈斷裂,例如近兩年新發展起來的基因編輯工具——鹼基編輯器,它整合了鹼基脫氨酶的活性和CRISPR的靶向性,催化特定位點的鹼基發生脫氨基效應,將DNA上的鹼基直接轉換為另一個。與傳統的基因編輯相比,鹼基編輯更簡潔、更高效。去年,瑞士研究人員用鹼基編輯糾正了小鼠體內導致苯丙酮尿症的一種基因突變,避免了毒性蛋白的產生。

儘管有優點,但鹼基編輯的缺點也很突出,比如它所編輯的序列受限於前間隔序列鄰近基序(protospacer adjacent motif,PAM)。而蛋白質工程能夠重新設計、改善現有的鹼基編輯元件,甚至可能創造出新的編輯工具,例如將重組酶和失活的Cas9聚合起來。重組酶並不會誘導雙鏈斷裂,但能在使用者指定的區域插入想要的序列。RNA引導的重組酶必定會將基因編輯拓展到新的維度。

基因編輯技術要成為臨床常規應用的手段還要等幾年,但新一代編輯工具卻可能在未來的一兩年就能出現。新的問題仍會出現,但新的解決方案也一樣。

Nature 2019;565:521-523

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