CRISPR又「攤上事」？Nature子刊揭示：「魔剪」或致大量DNA缺失和重排

生物探索

編者按

CRISPR基因編輯技術自2013年以來就一直是研究熱點，在疾病治療上被寄予厚望。然而，這一新技術卻暗藏很多潛在的安全問題，包括引發「意外突變」、增加癌症風險、受患者免疫系統「威脅」……現在，一篇最新研究再一次「潑冷水」：CRISPR會造成編輯位點附近出現大量DNA缺失和重排。

這一潛在風險由英國Wellcome Sanger研究所的科學家們發現，並於7月16日以「Repair of double-strand breaks induced by CRISPR–Cas9 leads to large deletions and complex rearrangements」為題發表在《Nature Biotechnology》期刊。

這些「缺陷」容易干擾試驗結果，從而增加基於CRISPR治療的複雜化，引發科研人員對CRISPR準確性的質疑。

01

最新研究

CRISPR/Cas9基因編輯依賴於Cas9酶在特定目標位點切割DNA。隨後，細胞試圖利用DNA修復機制重新「封印」這一斷裂。這一系列機制並不總是完美，有時候DNA片段會被刪除或者重排，或者不相關的DNA片段會被合併到染色體中。

研究負責人、Wellcome Sanger研究所的遺傳學家Allan Bradley表示：「細胞試圖將東西重新縫合在一起，但是事實上它不是很清楚哪些DNA片段彼此相鄰。」

科學家們常常利用CRISPR產生微小的缺失，希望能夠破壞基因的功能。遺憾的是，當Allan Bradley團隊檢查CRISPR編輯結果時，他們發現了大量的缺失——通常有幾千個鹼基那麼長，此外還有複雜的DNA重排——原本相距甚遠的DNA被連接在一起。

這些錯誤現象在研究團隊測試的3種細胞類型中都很普遍，包括小鼠胚胎幹細胞、小鼠造血祖細胞和人類細胞。而且，這些大量的基因變化不會被基因編輯領域常用的檢測方法發現。

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「漏診」

很多研究人員使用了一種擴增短片段DNA的方法，用於檢測基因編輯是否完成。但是，布蘭迪斯大學的分子生物學家James Haber認為，這一方法可能會漏掉大量DNA缺失、重排的現象。

James Haber指出，DNA缺失、重排只會出現在依賴於DNA切割的基因編輯技術中，其他避免DNA切割的CRISPR編輯類型不會出現這些錯誤——例如一種「鹼基編輯」（base editing）的方法通過使用一個經過修改的CRISPR系統，能夠在不切斷DNA的前提下置換單個剪輯，另外還有系統會通過將滅活的Cas9與其他酶融合，從而調控基因的表達與否，或者靶向RNA。

DNA缺失的現象已經引起了科學家們的注意。eGenesis公司正在利用基因編輯技術改造豬器官用於移植。公司聯合創始人、首席科學家楊璐菡表示，公司會使用多種方法查找大大小小的缺失。

另一家基於CRISPR技術開發疾病治療方法的公司Intellia同樣也在尋找大量的缺失。高級副總裁Thomas Barnes表示，公司研究團隊正在小鼠肝臟的基因編輯研究中尋找DNA缺失，但是迄今為止他們還沒有發現此類刪除的證據。他推測，這可能是因為團隊使用的細胞不經常分裂。而在Bradley最新的研究中，他們使用的則是分裂活躍的細胞。

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需要重視

Salk研究所的生物工程師Patrick Hsu認為，這些預想之外的風險需要科學家們格外重視。但同時，Haber也強調，這些錯誤不應該成為阻止CRISPR應用的理由。不過，當使用它時，科學家們需要做更徹底的分析。

責編：風鈴

End

參考資料：1）CRISPR gene editing produces unwanted DNA deletions

2）Another "CRISPR Calamity"? U.K. Team Reports CRISPR-Induced Gene Rearrangements

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