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點擊查看近日，Nature Methods刊登一篇論文，來自哥倫比亞大學、史丹福大學、艾奧瓦大學的研究人員通過WGS全基因組測序技術，檢測到使用CRISPR技術治療的小鼠產生上千個意外的基因突變，發生大量基因脫靶現象。該爆炸性文章立即引起業界高度關注和熱烈討論，也讓備受推崇的CRISPR技術陷入短暫的「滑鐵盧」。為此，貝殼社邀請了國家重點研發計劃和國家自然科學基金項目評審專家，國內最早進行基因組編輯研究的科學家之一的谷峰博士作客線上沙龍，獨家解讀事件始末和真相緣由。
基因編輯，最早起源於榮獲2007年諾貝爾生理醫學獎的基因打靶技術。美國猶他大學醫學院的馬裡奧-R-卡佩奇(Mario R.Capecchiand)、英國卡迪夫大學醫學院的馬丁-J-伊文思(Martin J.Evans)和北卡羅萊納大學醫學院的奧利弗-史密西斯(Oliver Smithies)三位科學家的一系列重大研究突破，讓小鼠中的基因打靶技術得以問世。
小鼠基因打靶，是將一段外源序列插入小鼠胚胎幹細胞中，替換小鼠胚胎幹細胞的特定基因。由於該技術能實現基因定點改造，因而具有巨大應用潛力，對整個生命科學與醫療研究價值重大。但經典的基因打靶效率非常低，陽性概率是10-5~10-6，只有百萬分之一，讓學科發展受到嚴重阻礙。
後來發現新的基因編輯工具，鋅指核酸酶(zinc finger nuclease, ZFN)，是一種人工改造的核酸內切酶。鋅指結構存在於大部分的轉錄因子蛋白中，能特異結合到基因啟動子區，所以ZFN是鋅指蛋白與核酸內切酶Fok1的融合產物，能在各種複雜基因組的特定位置切割形成雙鏈切口。
該酶出現意義非凡，美國Sigma-Aldrich公司將ZFN技術商業化，推動了科研應用與發展。但由於ZFN仍有不少缺陷，比如結合DNA存在很強不確定性，5年後又誕生新一代基因編輯工具TALEN，它具有結構簡單，特異性更高、成本低廉的優點，很大程度上替代了ZFN。TALEN技術靈感起源於抗病水稻，發現植物細菌蛋白TAL的胺基酸序列與靶位點的核酸序列具有一一對應關係，由此構建出能靶向定位的重組核酸酶TALEN。
2013年初，最新一代的人工核酸內切酶橫空出世，它就是CRISPR/Cas9技術。當時美國兩個實驗室，MIT的華人科學家張峰和哈佛醫學院的George Church的研究團隊同時在Science上發文，證明CRISPR編輯能在真核細胞中發揮作用，由此奠定重要的應用研究基礎。
文章發表後引起業內轟動，CRISPR-Cas9結構更簡單，只需兩個組件，Cas9蛋白和sgRNA序列，打靶的sgRNA引導Cas9核酸酶在基因組（包括iPS基因組）的特定位點上進行切割與修飾。DNA雙鏈斷裂後，自身會修復，如果有意人為引入修復模板，就能糾正特定基因。
因為操作簡單，花費更少，CRISPR技術很快普及開來，在此基礎上，全球實驗室做了大量工作，分別從細胞系、動物水平以及iPS水平進行基因組的特定編輯，科研成果也相繼發表在Science，Nature biology和Cells等知名期刊上。
現在，CRISPR/Cas9技術已分別在患有杜氏肌營養不良、B型血友病和PRKAG2心臟症候群的小鼠模型中成功發揮療效，並在感染的哺乳動物B肝細胞中刪除了病毒DNA，這些實驗的成功表明「CRISPR魔剪」有望治療人類相關疾病。
至於近期報導的基因編輯引發上千突變的熱議文章，谷峰博士解釋，該實驗方法是為基因缺陷小鼠進行基因治療，將疾病小鼠的受精卵取出來，注射Cas9蛋白，sgRNA是以質粒形式注射進去，外加修復模板。修復後採用全基因組測序方法進行檢測，在兩個小鼠體內發現1736個單鹼基突變和1696個鹼基突變。
這樣操作有幾個問題，一是行業公認做法是將純化的Cas9和體外表達的sgRNA顯微注射至受精卵，得到轉基因動物模型，但該實驗是注射質粒形式的sgRNA，對此操作產生一點疑問；第二是注射受精卵後，因為受精卵會分裂很容易產生嵌合體，也容易產生錯誤結果。在遺傳病治療方面，一般很少用受精卵，受精卵僅用於科研，實際治療中幾乎無用。最後，靶點選擇問題，如果不使用經典的PAM（NGG），敲除效率也會降低，而且注射劑量，如酶的過量使用都會造成脫靶。所以對於引發上千個基因突變的實驗結果，研究人員應該認真分析實驗設計與操作。
谷峰博士認為，降低脫靶率的策略還有尋找長序列PAM，提高保真力，選擇高保真的Cas9並採用雙缺口酶策略是目前解決脫靶的最好方案。
以上根據谷峰博士演講整理部分精華。