优化“基因魔剪”可极大减少突变

CRISPR-Cas9基因编辑过程存在副作用，包括不需要的突变和细胞毒性。据10日发表在《自然·生物医学工程》杂志上的论文，日本九州大学和名古屋大学医学院的研究人员开发出一种优化的基因组编辑方法，可极大地减少突变，从而更有效地治疗遗传疾病。

以CRISPR-Cas9为核心的基因组编辑技术的缺点之一是突变和脱靶效应。这通常是由于酶靶向具有与目标位点相似序列的基因组位点引起的。同样，当基因改变时，会发生染色体水平的突变，这阻碍了癌症基因治疗的临床试验，甚至导致正在接受肌肉营养不良治疗的患者死亡。研究小组假设，目前使用Cas9的编辑方案会导致DNA过度切割，从而导致一些突变。

为了验证这一假设，研究小组在小鼠细胞中构建了一个名为“AIMS”的系统，该系统分别评估了每条染色体上Cas9的活性。结果表明，常用的方法具有非常高的编辑活跃度，这种高活跃度会导致一些副作用。他们发现，将额外的胞嘧啶延伸至gRNA的5'端是有效的，可有效抑制过度活跃，并允许控制DNA切割。

新技术减少了脱靶效应和细胞毒性，提高了单等位基因选择性编辑的效率，并提高了DNA双链断裂修复最常用的同源定向修复机制的效率。

为了在医学环境中测试其有效性，研究人员调查了一种名为进行性骨化性纤维发育不良的罕见疾病。使用小鼠模型，他们创造出与人类版本相同的基因。然后，使用患者来源的诱导性多能干细胞，他们能修复损伤，精确到导致疾病的相关等位基因中的单个核苷酸，这证明了该技术用于基因治疗的安全性和有效性。

团队还构建了各种基因组编辑模式与Cas9活性之间相关性的首个数学模型，使用户能够在整个细胞群体中模拟基因组编辑的结果。这一突破使研究人员能够确定效率最大化的Cas9基因编辑过程，从而减少所需的巨大成本和劳动力。