解码生命 守护健康

侯树文 科技日报记者 王春

新一代基因编辑工具CRISPR/Cas9因其高效性和特异性而备受世人期待。然而，如果将基于CRISPR/Cas9及其衍生工具用于临床，其脱靶效应可能会引起包括癌症在内的很多副作用。

这一发现使得人们对原本认为“特别安全、几乎不会有脱靶” 的单碱基突变技术进行重新审视。该研究结果于3月1日发表在世界顶级学术期刊《科学》上。

中国科学院科技摄影联盟拍摄

中国科学院神经科学研究所灵长类疾病模型研究组组长、研究员杨辉表示，该研究建立了一种在精度、广度和准确性上远超越之前的基因编辑脱靶检测技术，有望由此开发精度更高、安全性更大的新一代基因编辑工具。

“只有更安全的检测方法才有更安全的基因编辑技术，我们的工作有助于尽快制定行业标准，让这个领域有序健康地发展下去。未来可以基于我们的新技术制定行业标准，凡是要进入临床的基因编辑技术必须经过我们这套系统的检验才能证明其安全性。”杨辉说。

基因编辑突飞猛进 

需要精准灵敏的安全检测技术

精准灵敏的脱靶检测技术为快速行驶的基因编辑技术踩下了“安全刹车”。在20世纪80年代始，基因编辑技术开始不断发展。而在CRISPR基因编辑技术横空出世之后，基因编辑技术有了突飞猛进的发展。生物技术和制药行业越来越多地参与基因治疗，显示了该领域的成熟，并且有必要加速这些治疗手段的交付。

CRISPR/Cas9是广泛关注的新一代基因编辑工具，自从2012年被发明以来，它一直以其高效性和特异性备受世人的期待，学术界普遍认为基于CRISPR/Cas9及其衍生工具的临床技术将为人类的健康做出巨大贡献。然而值得注意的是，CRISPR/Cas9从问世以来，其脱靶风险一直备受关注，如果将CRISPR/Cas9及其衍生工具用于临床的话，脱靶效应可能会引起包括癌症在内的很多种副作用。

在此之前，人们推出过多种检测脱靶的方案。以前的方法或者依赖于计算机软件预测，或者依赖于高通量测序检测DSB产生，还有体外检测的方法。这些方法都存在一些局限性，不能高灵敏性检测到脱靶突变，尤其是单核苷酸突变。

因此关于CRISPR/Cas9及其衍生工具的真实脱靶率一直存在争议。因此一种能够突破之前限制的脱靶检测技术，将会成为CRISPR/Cas9及其衍生工具是否能最终走上临床的关键。人们迫切希望可以找到一种既能够不依赖于脱靶位点预测，又能有足够信噪比的精密脱靶检测手段。

GOTI有助于改良单碱基编辑技术

为了实现以上目标，杨辉研究组与合作者建立了一种名叫“GOTI”的脱靶检测技术。这项研究的精妙之处是利用小鼠胚胎做实验。研究者在小鼠受精卵分裂到二细胞期的时候，编辑一个卵裂球，并使用红色荧光蛋白将其标记。小鼠胚胎发育到14.5天时，将整个小鼠胚胎消化成为单细胞，利用流式细胞分选技术基于红色荧光蛋白，分选出基因编辑细胞和没有基因编辑细胞，再进行全基因组测序比较两组差异。这样就避免了单细胞体外扩增带来的噪音问题。而且由于实验组和对照组来自同一枚受精卵，理论上基因背景完全一致，因此直接比对两组细胞的基因组，其中的差异基本就可以认为是基因编辑工具造成的。

借助于GOTI系统，团队成员先是检测了最经典的CRISPR/Cas9系统。结果发现，设计良好的CRISPR/Cas9并没有明显的脱靶效应，结束了之前对于CRISPR/Cas9脱靶率的争议。然而团队还检测了另一个同样被给予厚望的CRISPR/Cas9衍生技术BE3，这个系统可以精确引入点突变，在之前的研究中从未发现过有明显的脱靶问题。然而在GOTI的检测下发现，BE3存在非常严重的脱靶，而且这些脱靶大多出现在传统脱靶预测认为不太可能出现脱靶的位点，因此之前方法一直没有发现其脱靶问题。

团队分析后认为，这些脱靶位点有部分出现在抑癌基因上，因此经典版本的BE3有着很大的隐患，目前不适合作为临床技术。研究团队的这些重要发现，证实了以BE3为代表的部分基因编辑技术存在无法预测的脱靶风险，让世人重新审视了这些新兴技术的风险。

检测出单碱基编辑技术有问题，是不是应该放弃对该技术的研究？答案是否定的。研究表明现有BE3等单碱基突变存在脱靶问题。但是很多人的遗传病是单碱基突变导致的。所以单碱基突变技术本身仍然存在巨大的价值。

有数据表明，全球有7000种罕见病，其中80%是单基因遗传病，50%发生在儿童时期。杨辉表示，接下来我们要做的主要是两件事，一个是进一步检测，看看它除了会导致异常基因突变以外还有没有别的问题。然后在此基础上，设法改进这个系统，建立一种不会脱靶，也没有其他风险的单碱基突变技术。

来源：科技日报 文中图片均由本文作者提供

编辑：朱丽

审核：管晶晶