Nat Biotechnol：首次在人全基因組水平上證實基於CRISPR的單鹼基校正是準確的

第三代編輯技術CRISPR-Cas9（上）與鹼基編輯器rAPOBEC1–nCas9（下）之間的比較。圖片來自Institute for Basic Science。

2017年4月12日/生物谷BIOON/---在一項新的研究中，來自韓國基礎科學研究所（Institute for Basic Science, IBS）基因組工程中心的研究人員證實了一種近期開發的基因編輯方法的準確性。這種基因編輯工具起著「DNA剪刀」的作用，旨在鑒定和替換人基因組（大小為30億個鹼基對）中的僅一個核苷酸（或者說鹼基）。這是首次在全基因組水平上驗證了這種「鹼基編輯器（base editor）」的準確性。這種驗證將有助擴大這種方法在農業、牲畜和基因療法中的應用。相關研究結果於2017年4月10日在線發表在Nature Biotechnology期刊上，論文標題為「Genome-wide target specificities of CRISPR RNA-guided programmable deaminases」。論文通信作者為來自IBS基因組工程中心的Seuk-Min Ryu和Jin-Soo Kim。

基因編輯工具取得的快速進展已在生物界引起了很大轟動。一種主要的第三代DNA編輯技術是CRISPR。通過切除一小段DNA序列，CRISPR-Cas9和CRISPR-Cpf1被用來沉默或降低有缺陷的基因的表達。然而，去年，生物學家們已發現一種新的鹼基編輯器並不導致隨機的DNA刪除和插入，而是僅替換一個DNA鹼基。這種基因校正是至關重要的，這是因為幾種疾病是由這四種DNA鹼基（即腺嘌呤，簡稱A；胞嘧啶，簡稱C；鳥嘌呤，簡稱G；胸腺嘧啶，簡稱T）中的一種發生拼寫錯誤導致的。DNA中的單核苷酸錯誤被稱作點突變。點突變導致的疾病包括囊性纖維化、鐮狀細胞性貧血和色盲。

不同於現存技術的是，在這種鹼基編輯器中，CRISPR-Cas9的一種變體（nCas9, 切口酶）與胞嘧啶脫氨酶（cytosine deaminase）APOBEC1融合在一起。APOBEC1將DNA中的鹼基C替換為鹼基T。這種DNA剪刀被嚮導RNA（gRNA）引導到DNA上的正確位點。然而，在此之前，人們並不知道這種鹼基編輯器是否僅在有缺陷的基因區域上發揮作用，或者它是否在脫靶位點不必要地將鹼基C替換為鹼基T。

僅一個月之前，Kim團隊就在Nature Biotechnology期刊上報道首次成功地在小鼠體內進行單鹼基編輯（Nature Biotechnology, doi:10.1038/nbt.3816，參見「Nat Biotechnol：首次利用CRISPR培育出單核苷酸編輯轉基因小鼠」）。如今，該團隊在全基因組水平上證實了這種方法的準確性。

為了鑒定這種方法的可靠性，Kim團隊對一種被稱作Digenome-seq的錯誤校驗技術進行改進，以便讓它適用於這種鹼基編輯器方法。去年，當該團隊分析了CRISPR-Cpf1和CRISPR-Cas9的準確性時，他們就使用和驗證了Digenome-seq。他們也改進了計算機程序Digenome 2.0以便更加全面地鑒定脫靶位點，並且通過比較不同的gRNA發現降低脫靶編輯和增加特異性的gRNA。

利用這種技術，Kim團隊發現這種鹼基編輯器要比當前的第三代基因編輯工具CRISPR-Cas9更加準確。這種鹼基編輯技術在人基因組上的多個位點誘導C→T轉換，而CRISPR-Cas9在多個位點上進行切割，這意味著這種新的鹼基編輯器產生更少的脫靶變化。Kim說，「因此，我們預計這種鹼基編輯器將被廣泛地作為一種流行的CRISPR技術加以使用。」（生物谷 Bioon.com）

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原始出處：

Daesik Kim, Kayeong Lim, Sang-Tae Kim et al.Genome-wide target specificities of CRISPR RNA-guided programmable deaminases.Nature Biotechnology, Published online 10 April 2017, doi:10.1038/nbt.3852

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