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文章来源:中国科学技术大学    发布时间: 2019-03-01 11:38  【字号:      】

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  原标题:中国科学家建立新型检测技术,基因编辑脱靶将无处隐藏

  作为当下一项热门的技术,基因编辑工具最大的风险就在于其脱靶效应。此前,学界一直没有良好的检测脱靶效应的工具,然而这种情况可能被中国科学家的发现改变。

  2019年3月1日,《科学》发表了一篇名为《胞嘧啶单碱基编辑会导致大量单核苷酸突变的脱靶》的研究论文,该研究建立了一种被命名为GOTI(Genome-wide Off-target analysis by Two-cell embryo Injection)的新型脱靶检测技术。

  此研究显著提高了基因编辑技术脱靶检测的敏感性,并且可以在不借助于任何脱靶位点预测技术的情况下,发现之前的脱靶检测手段无法发现的完全随机的脱靶位点,为基因编辑工具的安全性评估带来了突破性的新工具,有望成为新的行业检测标准。

  该研究由中国科学院神经科学研究所(中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心)、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室、中国科学院灵长类神经生物学重点实验室杨辉研究组与中国科学院上海营养与健康研究所隶属的计算生物学研究所(中国科学院-马普学会计算生物学伙伴研究所)、斯坦福大学遗传学系以及中国农业科学院深圳农业基因组研究所合作完成。

  CRISPR/Cas9是被广泛关注的新一代基因编辑工具,自从2012年被发明以来,其脱靶风险一直备受关注,如果将CRISPR/Cas9及其衍生工具用于临床的话,脱靶效应可能会引起包括罹患癌症在内的很多种副作用。

  在此之前,人们推出过多种检测脱靶的方案。这些方法都存在一些局限性,不能高灵敏性检测到脱靶突变,尤其是单核苷酸突变。因此一种能够突破之前限制的脱靶检测技术,将会成为CRISPR/Cas9及其衍生工具能否最终走上临床的关键。人们迫切希望可以找到一种既能够不依赖于脱靶位点预测,又能有足够信噪比的精密脱靶检测手段。

  如果要提升检测脱靶效应的精度,就必须彻底颠覆原有的脱靶检测手段。杨辉研究组与合作者建立了一种名叫GOTI的脱靶检测技术。研究员们在小鼠受精卵分裂到二细胞期的时候,编辑了其中一个,并在小鼠的DNA上标记了红色荧光蛋白,这些标记也会携带在子代细胞里。在小鼠胚胎发育到14.5天时,利用流式细胞分选技术,分选出被编辑过的细胞和没有被编辑过的细胞,再进行全基因组测序比较两组差异。

  团队成员先用该系统检测了最经典的CRISPR/Cas9,发现设计良好的CRISPR/Cas9并没有明显的脱靶效应,这个结果结束了之前对于CRISPR/Cas9脱靶率的争议。

  团队还检测了另一个同样被给予厚望的CRISPR/Cas9衍生技术BE3。在GOTI的检测下发现,BE3存在非常严重的脱靶,而且这些脱靶大多出现在传统脱靶预测认为不太可能出现脱靶的位点,因此之前方法一直没有发现其脱靶问题。

  团队分析后认为,这些脱靶位点有部分出现在抑癌基因上,因此经典版本的BE3有很大的隐患,目前不适合作为临床技术。研究团队的这些重要发现,证实了以BE3为代表的部分基因编辑技术存在无法预测的脱靶风险,也让世人重新审视了这些新兴技术的风险。

  更重要的是,此工作建立了一种在精度、广度和准确性上远超越之前的基因编辑脱靶检测技术,有望由此开发精度更高、安全性更大的新一代基因编辑工具,建立行业的新标准。

  



(责任编辑:钦黎明)

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