昨天，顶尖学术期刊《天然》在线宣布了一篇对付基因编辑的需要论文。来自Broad钻研所的CRISPR大牛刘如谦（David Liu）教授团队斥地了一种新型的基因编辑技术，无望修复概略89%的已知人类致病变异。这项研究在发布曩昔，就已经在一些学术集会上失掉了不少科学家的关注。正式上线后，更是引起了业内的点赞与热议，被以为是“颇为需要”的效果。
▲学术经纬团队提前从《自然》获得了经授权的校订版本（图片本源：参考材料[1]）
那末，这项技能终于牛在那儿？要讲清楚这一点，我们还要先看看古板的基因编纂是怎样做的。
当前，运用最为普及的基因编辑技能之一，即是CRISPR-Cas9零碎。在这套零碎里，Cas9蛋白可在指标DNA序列上切入口子，构成双链DNA断裂。随后，再利用同源重组等门径，在DNA修复的过程当中对基因组进行编辑。
▲保守的CRISPR-Cas9基因编辑方法提醒图（图片来历：J LEVIN W [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]）
这一法子虽然有效，但很粗犷。打个比喻，这就如同一页书上有错别字，为了修正书上的舛误，要把这整页书给撕下去，再从新粘上一页那样。可以假想，何等的工作谈不上儒雅，也容易发生隐蔽的题目。
过去，包括刘如谦教授课题组在内，一些科学家们启示出了“单碱基编纂琐细”。与保守的CRISPR-Cas9细碎分歧，它将经过润色的Cas9卵白与另一种酶直接交融在一路。在目标DNA位点，它不会切开DNA链，而是对单个碱基进行批改，如将A变为G，或是把C酿成T。这一方法能够对点突变进行“微调”，无非并不适当大段大段的修正。另外，它只能进行四种修改（比如不克不及把T变成A），还具备隐蔽的中靶题目。
而在翌日的这项研讨中，我们见证了一种新型基因编辑技艺的降生。这种妙技被喻为“先导编纂”（prime editing），核心之一是一种由Cas9蛋白与逆转录酶（reverse transcriptase）融合而成的不凡蛋白。该技艺的另一个枢纽是一种不凡的gRNA，它被研讨职员们称为“pegRNA”，其中pe是“先导编辑”英文单词的两个首字母。
与寻常的gRNA差距，这类pegRNA不单能够疏散想要发展编辑的特定DNA地域，还自带“修改模板”。Cas9-逆转录酶融合卵白可能在pegRNA的开导下，精准地切开一条DNA链，往后遵照“修改模板”，合成含有粗略序列的DNA。细胞内的DNA修复机制会踊跃把这段新合成的序列整合进基因组。
随后，研究职员们故技重施，在另外一条DNA链长进行同样的操纵。多么一来，两条DNA都能得到粗略的编纂。
▲先导编辑妙技的暗示图（图片来源：Susanna Hamilton, Broad Institute）
“结果就是（给基因组带来）永世的改动，这些篡改来源于pegRNA所编码的信息。”刘如谦传授说道。
正是由于这套系统的灵敏性，本来不行能完成的单碱基编纂（如将T转变为A），同样成了可能。与单碱基编纂只能进行4种转换对照，这套先导编纂细碎能发展12种单碱基的转化。也就是说，他们可以把任何碱基转化为任何其他碱基，收罗了所有的12种可能性。
在多种人类细胞中，研究人员们证明了这一细碎的编辑手段。其它，它的编辑后劲在小鼠神经元里也取得了证明。除了对单个碱基发展修改之外，这一零碎还能够插入或删除特定的DNA序列。遵照论文，钻研人员们至少可以插入44个碱基，或是删除80个碱基。
“通过先导编辑技艺，我们能直接修正镰状细胞贫血症的渐变（学术经纬注：A突变成了T），让序列回总之常。我们也能移除戴萨克斯症（Tay Sachs disease）多出的4个碱基。这都不需要纯粹切开DNA，或增加DNA模板，”刘如谦教授在Broad研讨所的新闻稿里说道：“这一细碎的美丽的地方在于几乎对编辑的序列不有限度。由于增进上的碱基仅由pegRNA来抉择，我们能加之与原本序列仅差1个碱基的序列，也能够加上多了几个，或少了几个碱基的序列。咱们还可以对这些转变发展布列组合。”
可喜的是，研究人员们还创造，与需要断开双链DNA的激进方式相比，先导编纂零碎的脱靶编辑风险更低。
目前，这一系统已向学术界和非营利构造付费悍然。
当然，因为这一琐细依然是一类全新的基因组编辑门径，于是还需要进一步的磨练和改善，才能用于人类。无非，这一零碎透露表现的潜力，也曾让咱们看到了一个能够有效医治习见遗传病的未来。咱们等待这一天的早日到来。
参考质料：[1] Andrew V. Anzalone et al., (2019), Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA, Nature, DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1711-4
[2] New CRISPR genome editing system offers a wide range of versatility in human cells, Retrieved October 21, 2019, from https://www.broadinstitute.org/news/new-crispr-genome-editing-system-offers-wide-range-versatility-human-cells
[3] New CRISPR tool has the potential to correct almost all disease-causing DNA glitches, scientists report, Retrieved O首席武艺官ber 21, 2019, from https://www.statnews.com/2019/10/21/new-crispr-tool-has-potential-to-correct-most-disease-causing-dna-glitches/
