世界首次证实单碱基基因编辑存在脱靶效应

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发布时间:2019-03-01 12:04

基因编辑技术越来越火,然而针对基因编辑工具最大的风险——脱靶效应,一直以来缺乏良好的检测工具。记者从中科院神经科学研究所获悉,其团队与多家机构合作完成的研究,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,这一技术首次证实:近年来兴起的单碱基编辑技术有可能导致大量无法预测的脱靶,亟须重新审视这些新兴技术的风险。这一发现,无疑让这一新鲜却又不乏冲动与混乱的领域,必须冷静下来,更谨慎地对待新技术的应用。

与此同时,这一被命名为“GOTI”的检测技术的建立,让基因编辑脱靶无处隐藏——其显著提高了基因编辑技术脱靶检测的敏感性,可以在不借助于任何脱靶位点预测技术的情况下发现之前的检测手段无法发现的完全随机的脱靶位点,为基因编辑工具的安全性评估带来了突破性的新工具,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,建立行业的新标准。3月1日,这一研究成果以《胞嘧啶单碱基编辑会导致大量单核苷酸突变的脱靶》为题发表在《科学》杂志上。

率领此项研究的中科院神经科学研究所研究员杨辉告诉记者,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,一直以高效性和特异性备受世人期待,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健康作出巨大贡献。然而值得注意的是,自问世以来,CRISPR/Cas9及其衍生工具的真实脱靶率一直存在争议,其脱靶风险始终没有得到充分而有效的检测。在此之前的多种检测脱靶的方案都存在一定局限性,不能高灵敏性检测到脱靶突变,尤其是单核苷酸突变。而一旦在临床中出现脱靶效应,可能会引起包括癌症在内的多种副作用。

“我们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。”杨辉说。经过一年多的努力,杨辉研究组与合作者建立了一种名叫“GOTI”的脱靶检测技术,既不依赖任何算法预测,也不依赖体外扩增,极大提高了脱靶检测的精确性和广泛性,让脱靶检测第一次进入了非常实用的阶段。

借助这一系统,团队检测了最经典的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。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,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。团队分析后认为,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。

这一发现令人震惊。“要知道,在此之前,单碱基突变技术一直被认为是一种特别安全,几乎不会有脱靶的新技术,国外有多家公司都在紧锣密鼓准备将它推向临床应用。”杨辉告诉记者,“其实回过头来看,从基础的生物学理论上是可以推断出这些技术很可能有脱靶问题的,但是很多人理所当然觉得它们很安全,用传统的方法也的确没有发现脱靶问题,我们的成果在一定程度上也让业界可以冷静一点,更谨慎地对待这些新技术。”

“任何科学技术归根结底都需要服务于全人类,像基因编辑这样的技术,大家都很期待它用到临床上,治疗那些曾经无法治疗的疾病。但是我们也不能忘记,任何一种用到临床的疗法都必须要对它的风险非常清楚。有了更精确更灵敏的检测技术,将来才可能以此开发出更安全的基因编辑工具。希望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。”杨辉强调。

该研究由中国科学院神经科学研究所(中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心)、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室、中国科学院灵长类神经生物学重点实验室杨辉研究组与中国科学院上海营养与健康研究所隶属的计算生物学研究所(中国科学院-马普学会计算生物学伙伴研究所)、斯坦福大学遗传学系以及中国农业科学院深圳农业基因组研究所合作完成。(记者颜维琦)

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