CRISPR-Cas9基因組編輯技術目前在動植物中已被廣泛用於基因改造研究。其作為一種有前途的技術，也被期望作為矯正致病突變的工具用於臨床應用，例如校正體細胞中與疾病相關的等位基因，以及糾正人類胚胎中的致病突變以減輕胎兒和新生兒遺傳性疾病的負擔。然而，基因編輯的應用最終取決於靶向雙鏈斷裂（DSB）觸發的DNA修復。目前，我們對人類細胞中的修復機制仍然知之甚少，且其在不同的細胞類型中會有所不同。
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近日，《Nature》雜誌對發表在醫學類預印本雜誌《bioRxiv》上的三項評估早期人類胚胎中基因校正可行性的研究成果進行了綜述和點評。其研究結果均表明，使用CRISPR–Cas9修飾人類胚胎的基因的突變修復效率低，鑲嵌率高，且可能對靶位點或其附近的基因組造成不必要的大變化。
具體來說，6月5日，《bioRxiv》在線發表了來自英國倫敦弗朗西斯·克裡克研究所的Kathy Niakan團隊的研究成果。其使用CRISPR–Cas9對胚胎進行POU5F1（該基因在成人組織中的異常表達與腫瘤發生有關）基因突變後，觀察到編輯後的細胞中雜合性喪失。在18個經過基因組編輯的胚胎中，約22％出現了意外的基因組編輯結果。該細胞跨越目標靶位點POU5F1以外的區域，以及POU5F1基因所在的6號染色體的片段均存在缺失和重排，影響了POU5F1周圍大量的DNA片段。
在POU5F1靶向胚胎樣本中，6號染色體的片段缺失/增加是普遍的
6月20日，該雜誌發表了來自美國哥倫比亞大學的幹細胞生物學家Dieter Egli領導的團隊對人類胚胎進行CRISPR–Cas9研究的成果。形成該胚胎的精子在EYS2的基因中攜帶導致失明的突變，而研究人員試圖利用CRISPR–Cas9糾正該突變。結果發現，胚胎細胞中最常見的DNA修復結果是微同源性介導的末端連接，其導致胚胎的閱讀框發生非鑲嵌式恢復。然而，其中大約一半的斷裂會未被修復，導致胚胎丟失了EYS所在染色體的很大部分，有時甚至是整個染色體。
Cas9 RNP注入雙細胞期胚胎後染色體丟失和嵌合體
同日，來自美國俄勒岡健康與科學大學的生殖生物學家Shoukhrat Mitalipov團隊的研究發現，基因轉化和NHEJ是植入前人類胚胎中的兩種主要DNA DSB修復機制。在雜合性人類胚胎中的突變等位基因的DSB，通過使用完整野生型同源物作為模板在多達40％的目標胚胎中可通過基因轉化來修復，而靶向純合基因座可促進非同源末端連接（NHEJ）與基因轉換的相互作用，並導致在兩個基因座上均攜帶相同indel突變的胚胎。儘管基因轉換可用於基因校正，但其也會導致廣泛的雜合性（LOH），帶來了嚴重的安全隱患。
MYBP3胚胎基因轉化導致的LOH
這三項研究均顯示出CRISPR基因編輯會導致胚胎染色體發生混亂，產生較大的DNA缺失和重排，這一結果也增加了科學家們對可遺傳基因組編輯的安全性擔憂。