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CRISPR基因编辑会产生不必要的基因丢

发布时间:2019-03-22 15:06:15

图注:人体胚胎干细胞的基因实验揭示了CRISPR-Cas9系统的准确性并不高

研究人员已经把CRISPR基因技术视为改变基因的好方法,但也有科学家担心不必要的基因改变有时会悄然发生,难以察觉。

根据7月16日发表在Nature Biotechnology的一篇文章1,这项技术(CRISPR基因)会导致靶点附近大规模的基因丢失和基因重排。这些基因的改变会混淆实验结果,也会使基于CRISPR的基因治疗更为复杂。

这个发现与过去关于CRISPR和其他基因系统的结果是一致的2。来自加州拉霍亚索尔克生物研究所(Salk Institute)的生物工程师Patrick Hsu表示,这种不必要的基因应得到更多研究人员的关注,“我认为这个问题在该领域里一直被忽视了。”

CRISPR-Cas9基因系统是依赖Cas9酶剪切DNA的特定靶点,随后细胞就会启动DNA修复机制尝试将DNA断端相连接。该机制并非总是完美,有的时候DNA片段会被删除或发生重排,甚至是把不相关的DNA片段合并到染色体中。

英国辛克斯顿维康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)的小鼠遗传学家Allan Bradley是该项研究的带领人,他表示“细胞会尝试将DNA断端缝合,但它并不知道DNA片段彼此之间的连接顺序。”

研究人员经常利用CRISPR去产生一个小缺失,期望使目的基因的功能丧失,但当Bradley和他的同事检查CRISPR的结果时,他们发现了大规模的基因缺失——通常是几千个DNA字母长度的丢失,还有复杂的基因重排——几个原本距离很远的DNA片段被接合到了一起。这种现象在他们测试的三种细胞类型中都十分常见,其中包括一种在实验室培养的人体细胞。

质量控制

美国马萨诸塞州布兰迪斯大学(Brandeis University)的分子生物学家James Haber表示,许多研究人员都是通过放大DNA上的信号来测试他们的基因是否成功,但这种方法可能会遗漏较大的基因删除和基因重排。

Patrick Hsu还指出,这种错误的基因删除和重排只会发生在利用DNA剪切的基因技术中,其他不剪切DNA的CRISPR基因方法就不会遇到这个问题。

CRISPR基因编辑会产生不必要的基因丢

比如,有一种叫做碱基(base editing)的方法,利用改进过的CRISPR系统,在不需要剪切DNA的情况下将一个DNA碱基换成另一个;还有其他的基因系统利用非活化的Cas9与其他酶相融合来控制基因的开或关,或者作用在RNA上。

一些科学家已经注意到这种大规模缺失,马萨诸塞州剑桥市的eGenesis公司利用基因技术来将改造猪的器官以用于移植,该公司的共同创始人和首席科学家Luhan Yang表示,研究人员按惯例运用一系列的方法检测这些或大或小的缺失。

相似的是,剑桥市的另一家公司Intellia正在改进和发展基于CRISPR的治疗技术,该公司的高级副主席Thomas Barnes表示,科学家仔细检查了经过基因的小鼠肝脏细胞,并没有证据表明出现了类似的大规模缺失,Barnes认为这可能是因为他们选用的细胞分裂能力不强,相比之下,Bradley团队使用的是分裂活性高的细胞。

综上所述,这些不必要的基因突变应该得到进一步的重视,但这并不能阻止任何人继续使用CRISPR,Haber说,“这意味这当人们继续使用CRISPR技术时,他们需要做更为详尽的分析,了解发生的基因突变是否符合预期,这一点非常重要。”

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作者:Heidi Ledford

翻译:肖遥

校对:杨青

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