CRISPR基因编辑会导致数以百计意想不到的突变

诸平

更清晰的图片可以参看附件：nmeth.4293-S1.pdf

据哥伦比亚大学医学中心（Columbia University Medical Center）2017年5月29日提供的信息，CRISPR基因编辑会导致数以百计意想不到的突变,该研究成果将于2017年5月30日在《自然方法》（Nature Methods）杂志网站发表——Kellie A Schaefer, Wen-Hsuan Wu, Diana F Colgan, Stephen H Tsang, Alexander G Bassuk, Vinit B Mahajan. Unexpected mutations after CRISPR-Cas9 editing in vivo. Nature Methods, Published online 30 May 2017, 14: 547-548. doi:10.1038/nmeth.4293.此项研究成果是美国斯坦福大学（Stanford University）组学实验室（Omics Laboratory）的研究人员与美国爱荷华大学（University of Iowa）、哥伦比亚大学（Columbia University）以及美国纽约-长老教会医院爱德华S.哈克尼斯眼科研究所（Edward S. Harkness Eye Institute, New York-Presbyterian Hospital）的研究人员合作完成的。图1是来自维基百科的基于蛋白质数据库ID 5AXW金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）与CRISPR相关蛋白质Cas9(白色部分)的图示。

CRISPR-associated protein Cas9 (white) from Staphylococcus aureus based on Protein Database ID 5AXW. Credit: Thomas Splettstoesser (Wikipedia, CC BY-SA 4.0)

随着CRISPR-Cas9开始进入临床试验,一项新的研究结果于2017年5月30日在《自然方法》（Nature Methods）网站发表，此研究成果发现基因编辑技术可以对于基因组引进数百个意想不到的突变。哥伦比亚大学医学中心（Columbia University Medical Center）、哥伦比亚的基因组医学研究所和人类营养研究所（Columbia's Institute of Genomic Medicine and the Institute of Human Nutrition）眼科拉斯洛T.比托（Laszlo T. Bito）副教授、病理学和细胞生物学副教授、医学博士也是此项研究的合作者之一的Stephen H Tsang说：“我们觉得科学界认为所有由CRISPR引起的不相干突变的潜在危险是至关重要的,包括基因组单核苷酸突变（single nucleotide mutations of the genome）和基因组的非编码区域突变（mutations in non-coding regions of the genome）。

CRISPR-Cas9编辑技术凭借其速度和前所未有的精确一直是有利于科学家们试图了解基因疾病的作用。此项技术也大大提高了更强大的基因疗法的希望，即可以删除或修复有缺陷的基因,而并非添加新基因。

部署CRISPR的第一个临床试验现在已经开始在中国进行,而美国的试验将于明年（2018年）开始。但即使CRISPR能准确瞄准特定的DNA,但是有时它也会击中基因组的其它部分。大多数研究是利用计算机算法寻找这些不相干的突变，来识别最有可能受到影响的区域,然后检查这些地区究竟是进行删除还是进行嵌入。

此项研究的合作者之一，爱荷华大学的儿科教授、医学博士亚历山大·巴萨克（Alexander Bassuk）说：“当CRISPR在培养皿的细胞或组织中被执行时，这些预测算法似乎做了一项很好的工作，但在活体动物当中，全基因组测序并未被用来寻找脱靶效应。”

在此项新研究中,研究人员对小鼠的整个基因组进行了测序,此前曾接受过此研究团队先前的CRISPR基因编辑和寻找所有突变,包括那些只改变一个单核苷酸的突变。

研究者确定CRISPR已经成功地纠正了一个导致失明的基因,但此项研究的合作者之一、斯坦福大学眼科副教授、医学博士威尼·马哈詹（Vinit Mahajan）实验室的博士生凯莉·谢弗（Kellie Schaefer）发现了两个独立的基因疗法受助者的基因组已经持续超过1500单核苷酸突变和100多个更大的删除和嵌入。这些DNA突变无一被研究人员为寻找脱靶效应而广泛使用的计算机算法所预测到。

Stephen H Tsang博士说：“研究人员没有使用为了发现脱靶效应的全基因组测序，可能错过潜在重要的突变,即使一个单核苷酸的变化也可以会产生巨大影响。”

亚历山大·巴萨克博士说,研究人员用他们的动物没有发现任何明显的错误。“我们仍然看好CRISPR ，”威尼·马哈詹博士说，“我们是医生,我们知道每一个新的治疗方法都有潜在的副作用,但是我们需要知道它们究竟是什么。”

研究人员目前正在努力改善CRISPR体系的组件，即其基因剪切酶（gene-cutting enzyme）和引导此酶到正确基因的RNA,以提高编辑的效率。

Stephen H Tsang博士说：“我们希望我们的发现将鼓励其他人使用全基因组测序方法来确定他们的CRISPR技术所有的脱靶效应，为了最安全、最精确的基因编辑而开展不同方法的研究。”

更多信息请注意浏览原文：

To the Editor:

CRISPR–Cas9 editing shows promise for correcting disease-causing mutations. For example, in a recent study we used CRISPR-Cas9 for sight restoration in blind rd1 mice by correcting a mutation in the Pde6b gene¹. However, concerns persist regarding secondary mutations in regions not targeted by the single guide RNA (sgRNA)².…