重磅基因编辑工具诞生 它究竟牛在哪里？

2020-02-20  未知 admin

今日，顶尖学术期刊《自然》在线发表了一篇关于基因编辑的重要论文。来自Broad研究所的CRISPR大牛刘如谦（David Liu）教授团队开发了一种新型的基因编辑技术，有望修复大约89%的已知人类致病变异。这项研究在发表之前，就已经在一些学术会议上得到了很多科学家的关注。正式上线后，更是引起了业内的点赞和热议，被认为是“极为重要”的成果。

▲学术经纬团队提前从《自然》获得了经授权的校对版本（图片来源：参考资料[1]）

那么，这项技术究竟牛在哪里？要讲清楚这一点，我们还要先看看传统的基因编辑是怎么做的。

目前，应用最为广泛的基因编辑技术之一，便是CRISPR-Cas9系统。在这套系统里，Cas9蛋白会在目标DNA序列上切出口子，造成双链DNA断裂。随后，再利用同源重组等方法，在DNA修复的过程中对基因组进行编辑。

▲传统的CRISPR-Cas9基因编辑方法示意图（图片来源：J LEVIN W [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]）

这一方法虽然有效，但很粗暴。打个比方，这就好像一页书上有错别字，为了修正书上的错误，要把这整页书给撕下来，再重新粘上一页那样。可以想象，这样的工作谈不上优雅，也容易产生潜在的问题。

过去，包括刘如谦教授课题组在内，一些科学家们开发出了“单碱基编辑系统”。与传统的CRISPR-Cas9系统不同，它将经过修饰的Cas9蛋白与另一种酶直接融合在一起。在目标DNA位点，它不会切开DNA链，而是对单个碱基进行修改，如将A变成G，或是把C变成T。这一方法能够对点突变进行“微调”，不过并不适合大段大段的修改。此外，它只能进行四种修改（比如不能把T变成A），还存在潜在的脱靶问题。

而在今日的这项研究中，我们见证了一种新型基因编辑技术的诞生。这种技术被称为“先导编辑”（prime editing），核心之一是一种由Cas9蛋白与逆转录酶（reverse transcriptase）融合而成的特殊蛋白。该技术的另一个关键是一种特殊的gRNA，它被研究人员们称为“pegRNA”，其中pe是“先导编辑”英文单词的两个首字母。

与普通的gRNA不同，这种pegRNA不但能够结合想要进行编辑的特定DNA区域，还自带“修改模板”。Cas9-逆转录酶融合蛋白会在pegRNA的引导下，精准地切开一条DNA链，然后根据“修改模板”，合成含有正确序列的DNA。细胞内的DNA修复机制会自动把这段新合成的序列整合进基因组。

随后，研究人员们故技重施，在另一条DNA链上进行同样的操作。这样一来，两条DNA都能得到正确的编辑。

▲先导编辑技术的示意图（图片来源：Susanna Hamilton, Broad Institute）

“结果就是（给基因组带来）永久的改变，这些改变来源于pegRNA所编码的信息。”刘如谦教授说道。