最新进展│MIT科学家攻克基因组编辑技术的主要障碍

以下改编自麻省理工学院Broad研究院本月初发布的新闻稿。

麻省理工学院和哈佛大学Broad研究院（Broad Institute of MIT and Harvard）、麻省理工学院麦戈文人脑研究所（McGovern Institute for Brain Research at MIT）的研究人员设计改造了革命性的CRISPR-Cas9基因组编辑系统，从而显著减少“脱靶”编辑错误。

这一精进的技术解决了基因组编辑使用过程面临的一个主要技术问题。

CRISPR-Cas9系统的工作原理是对细胞的DNA（脱氧核糖核酸）进行精确地靶向修饰。Cas9蛋白改变的DNA所在位置由一段RNA（核糖核酸）短分子指定，并且该RNA短分子序列与靶位点序列相匹配。

尽管人们已知Cas9能十分高效地切割其靶位点，但该系统有一个主要缺点：一旦进入细胞内，Cas9可以结合并切割额外的非靶位点。

这有可能导致意外编辑，从而改变基因表达或完全剔除某项基因，这可能会导致癌症或其他问题的出现。

在12月1日《科学》（Science）发表的一篇论文里，张锋和他的同事们称，化脓性链球菌Cas9酶由约1,400个氨基酸组成。在他们研究的具体案例中，改变其中三个氨基酸可显着地将 “脱靶编辑”减少到不可检测的水平。

张锋是麻省理工学院脑和认知科学系与生物工程系（MIT’s departments of Brain and Cognitive Sciences and Biological Engineering）的生物医学工程 W.M. Keck Career Development 教授，同时也是Broad研究所和麦戈文研究所的成员。

张锋和同事们利用Cas9蛋白的结构知识减少脱靶切割。带负电荷的DNA与Cas9蛋白的一个带正电荷的槽能够进行结合，对这一结构有所了解后，科学家们能够预测：用中性氨基酸替代部分带正电荷的氨基酸，会减少比“靶向”序列更多的“脱靶”序列结合。

在试验了各种可能的改造后，张锋研究小组发现，三个氨基酸突变可显着减少“脱靶”切割。对所测试的导向RNA而言，“脱靶”切割量低到无法检测的水平。

研究小组将这种新近改造的酶称为“增强型”化脓性链球菌Cas9（eSpCas9）。该酶有益于需要高水平特异性的基因组编辑应用。

张锋实验室将马上向世界各地的研究人员提供eSpCas9酶。该研究小组认为，同样的电荷改变方式将与其它最近被描述过的RNA引导DNA靶向酶共同作用。

张锋和他的合作者在今年早些时候公布了这些RNA引导的DNA靶向酶，包括Cpf1，C2C1和C2C3。

张锋本月初在于华盛顿召开的国际基因编辑峰会上表示，快速和高效的基因组编辑前景引起了许多伦理和社会关注。

“许多安全问题都与脱靶效应相关，”他说。 “我们希望，eSpCas9的研发有利于解决其中的一些安全问题，但我们没有将其视为一颗神奇子弹。这一领域正迅速发展，并且在考虑将这种技术投入临床应用前，还有很多东西有待研究了解。”

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