DavidLiu團隊發表新型基因編輯工具，有效減少脫靶效應

　　目前，CRISPR–Cas9基因編輯工具雖然可以輕松地改變基因組，但其容易導致脫靶效應等意想不到的編輯后果。為更好地控制基因編輯的進行，科學家們在開發不同的替代方法方面進行了不懈的努力。

　　2019年10月21日，單堿基編輯技術開創者、Broad研究所David Liu教授研究團隊在頂級學術期刊Nature發表了最新的基因編輯研究成果，報道了一種被稱為“prime editing”的新型基因編輯技術。該技術可直接靶向點突變，進行精準插入、精準刪除以及各種基因編輯，且不造成DNA雙鏈斷裂，增加了可執行基因組編輯的類型，有效減少了脫靶效應。此外，該技術有望修復大約90%的已知人類致病基因突變，為基因療法更安全地應用于臨床提供了技術支持。該文章題為“Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA”。

　　脫靶效應是基因編輯面臨的一項重大挑戰。該基因編輯技術的核心之一是一種由Cas9蛋白與逆轉錄酶融合而成的特殊蛋白。另一個關鍵是一種特殊的gRNA——pegRNA。pegRNA不但能夠結合目標基因的特定DNA區域，還自帶基因編輯模板。在pegRNA的引導下，Cas9-逆轉錄酶融合蛋白可以精準地切開一條DNA鏈，然后根據模板，合成正確序列的DNA序列。隨后，細胞自身的DNA修復機制會自動將新的DNA序列整合進基因組。同樣，在另一條DNA鏈上也進行相同的基因編輯，就可以使兩條DNA鏈都得到來源于pegRNA的正確編碼信息，并且不必斷裂DNA的兩條鏈。該基因編輯是永久性的改變。

　　此外，得益于prime editing技術的靈活性，研究人員可以實現任何堿基的轉化，即12種單堿基的轉化，包括T to A。其他的單堿基編輯系統只能進行4種堿基的轉化。

　　為驗證prime editing的基因編輯能力，研究人員在多種人類細胞和小鼠神經元中進行了170種以上的試驗。結果顯示，prime editing不僅可以進行單堿基編輯，還能夠插入或刪除特定的DNA序列，最多可以插入44個堿基，或刪除80個堿基，并且脫靶編輯風險更低。值得關注的是，研究團隊利用prime editor成功修復了導致鐮狀細胞性貧血癥和Tay-Sachs病的基因突變。

　　David Liu表示：“prime editing的優勢在于幾乎對編輯的序列沒有限制，堿基的改變僅由pegRNA來決定。這種最新基因編輯工具能夠實現特異性基因編輯，還能幫助研究人員更容易在實驗室中開發疾病模型或研究特定基因的功能。”據David Liu估計，prime editing可以幫助研究人員解決ClinVar公共數據庫列出的75,000多種疾病相關DNA變異中的約90％。這意味著，prime editing或可用于開發針對致病基因突變的治療方法。

　　對于prime editing研究成果的發表，Science雜志發表評論，稱其是“超越CRISPR”的重大突破。CRISPR先驅、哈佛大學George Church教授表示：“是基因編輯朝著正確方向邁出的一大步。”

　　普林斯頓大學DNA修復和基因編輯專家Brittany Adamson表示：“雖然現在還為時尚早，但該研究的初步結果看起來非常理想。”

　　馬薩諸塞大學分子生物學家Erik Sontheimer認為：“prime editing可能無法像CRISPR-Cas9那樣進行較大的DNA插入或刪除，因此不太可能完全取代成熟的基因編輯工具。因為研究人員想要進行的任何改變都是在一條RNA鏈上編碼的，RNA鏈存在的時間越長，被細胞酶破壞的可能性越大。不同類型的基因編輯仍需要不同類型的基因組編輯平臺。但prime editing似乎比迄今為止開發的其他CRISPR替代方法更加精確和通用。”

　　目前，David Liu研究團隊已向學術界和非盈利組織免費公開這一系統，以進行進一步的檢驗和改進。此外，基于prime editor基因編輯系統，David Liu已經創建了新公司Prime Medicine。