Science/Cell 连续发文，基因编辑技术再度创新 | 医麦猛爆料

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2020年6月17日/医麦客新闻 eMedClub News/--近年来，基因编辑技术在不断高速发展的过程中，因其能够高效率地进行定点基因组编辑，故而在基因研究、基因治疗和遗传改良等方面展示出了巨大的应用前景。

极速版CRISPR系统：精确、高效

自基因编辑技术开发以来，多种高效的DNA靶向内切技术被发现，主要包括锌指核酸酶(ZFN)、类转录激活样效应因子核酸酶(TALEN)、规律成簇间隔短回文重复序列（CRISPR-Cas)等，它们通过在DNA中产生靶向的双链断裂，然后依靠细胞自身修复机制来完成编辑过程。

这些技术中，CRISPR技术应用最为广泛。它可以摄取外源DNA片段，并将其插入到自身的间隔序列中，新的间隔序列转录的RNA引导Cas蛋白特异性切割与之互补的DNA序列。

在CRISPR-Cas9基因编辑过程中，酶类Cas9被用作剪刀在基因编辑的特定位点切割DNA链，同时导向RNA分子则会帮助Cas9酶类结合到预想链的DNA位点上，而目前该过程的部分流程通常需要几个小时才能完成。

近日，约翰·霍普金斯大学的华人科学家研究小组表示开发出一种新型快速CRISPR基因编辑技术——vfCRISPR，它通过使用光敏核苷酸来控制基因编辑过程，大大缩了基因编辑时间。该研究发表在Science杂志上的论文中，题目为“Very fast CRISPR on demand”。

文章中，研究人员通过添加光敏核苷酸分子来改变部分导向RNA的序列，这就会阻断导向RNA在光被引入之前完成其工作，一旦研究者引入光，结合过程就会在几秒内发生，研究者将这种方法称之为“笼中法”（caged approach），因为导向RNA分子会被限制，直至其被指示去完成它的工作，研究者将这种方法称之为超快速CRISPR基因编辑手段（vfCRISPR）。

该系统可以在亚微米空间尺度对基因组进行编辑，更重要的是，可以精准控制Cas9切割靶标DNA序列的时间——从原来的数个小时缩短到几秒。

在无光照条件下，导向RNA分子仅能引导Cas9结合到靶标DNA上，不会将其切割。当引入光后，vfCRISPR可以通过光照来调控关键的DNA切割步骤，并迅速完成工作。这种方法不仅精确操控了基因编辑流程，而且高效缩短了操作时间。

研究者指出，推迟编辑过程随后迅速对其激活，这或许就能为详细研究该过程提供一定的可能性，同时这种新方法还能提高基因编辑的精准性，允许一次编辑单个等位基因。或许vfCRISPR技术将成为一种变革性的科学进步，帮助研究人员更好地理解基因编辑过程中参与双链断裂的细胞反应的动力学变化。

BE-Hive：AI预测基因编辑结果

近几年，CRISPR技术的不断进步，使其在基因疗法领域越来越发挥着不可或缺的作用。

自2016年，David Liu等人在Nature上首次发文发表，表示开发出了胞嘧啶碱基编辑器(CBE)后，碱基编辑技术正式出现在大家的视野里，随后不断发展进步，并广泛用于实践。前不久，李大力研究团队更是开发出新型双碱基编辑系统，使得编辑窗口被拓宽，编辑效率得到提高，RNA脱靶水平大大降低。

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近日，David Liu团队又进行了一项新的研究，该研究在哺乳动物细胞中38,538个基因组整合靶标上表征了11个胞嘧啶和腺嘌呤碱基编辑器（CBE和ABE）的序列-活性关系，并使用所得结果训练了BE-Hive，这是一种机器学习模型，可准确预测碱基编辑基因型结果（R ≈0.9）和效率（R≈0.7），使其无需进行进行复杂的实验，就可以了解到基因编辑的结果。该研究发表在Cell  杂志上，题目为，“Determinants of Base Editing Outcomes from Target Library Analysis and Machine Learning”。

研究人员以≥90％的准确度纠正了3388个与疾病相关的单核苷酸变体（SNV），其中包括675个等位基因，其“旁观者”核苷酸被BE-Hive正确预测，因此无法编辑。

▲BE-Hive模式图（图片来源：cell） 

该研究发现了以前无法预测的C-G或C-A编辑的决定因素，并利用这些发现以≥90％的准确性纠正了174个病原性SNV的编码序列。最后，该研究利用BE-Hive的预测来设计新颖的CBE变体，以调节编辑结果。这些发现启发了碱基编辑，实现了以前难以处理的目标的编辑，并为新的碱基编辑器提供了改进的编辑功能。

结语

近期，除了上面提到的研究外，关于基因编辑的好消息频频传来。

上个月，李大力团队发文表示开发出了一种新型双功能碱基编辑器A&C-BEmax，不仅实现了单独的C>T或A>G，还可以在同一等位基因上同时实现C>T和A>G的高效转换。

6月3日，David Liu团队发文表示运用新型单碱基编辑技术，成功恢复隐性基因突变耳聋小鼠的听力。这是人类首次将单碱基编辑技术用于遗传性感觉障碍疾病。

近日，华人科学家又连续在相关杂志发文，进一步优化了基因编辑技术，实现创新突破。这不得不使人感叹，基因编辑技术的春天是否来到了呢？

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参考资料：

1.https://science.sciencemag.org/content/368/6496/1265

2.https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30632-2

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