CRISPR基因編輯會產生不必要的基因丟失

圖註：人體胚胎幹細胞的基因編輯實驗揭示了CRISPR-Cas9系統的準確性並不高

研究人員已經把CRISPR基因編輯技術視為改變基因的好方法，但也有科學家擔心不必要的基因改變有時會悄然發生，難以察覺。

根據7月16日發表在Nature Biotechnology的一篇文章1，這項技術（CRISPR基因編輯）會導致靶點附近大規模的基因丟失和基因重排。這些基因的改變會混淆實驗結果，也會使基於CRISPR的基因治療更為複雜。

這個發現與過去關於CRISPR和其他基因編輯系統的結果是一致的2。來自加州拉霍亞索爾克生物研究所（Salk Institute）的生物工程師Patrick Hsu表示，這種不必要的基因編輯應得到更多研究人員的關注，「我認為這個問題在該領域裡一直被忽視了。」

CRISPR-Cas9基因編輯系統是依賴Cas9酶剪切DNA的特定靶點，隨後細胞就會啟動DNA修復機制嘗試將DNA斷端相連接。該機制並非總是完美，有的時候DNA片段會被刪除或發生重排，甚至是把不相關的DNA片段合併到染色體中。

英國辛克斯頓維康桑格研究所（Wellcome Sanger Institute）的小鼠遺傳學家Allan Bradley是該項研究的帶領人，他表示「細胞會嘗試將DNA斷端縫合，但它並不知道DNA片段彼此之間的連接順序。」

研究人員經常利用CRISPR去產生一個小缺失，期望使目的基因的功能喪失，但當Bradley和他的同事檢查CRISPR的編輯結果時，他們發現了大規模的基因缺失——通常是幾千個DNA字母長度的丟失，還有複雜的基因重排——幾個原本距離很遠的DNA片段被接合到了一起。這種現象在他們測試的三種細胞類型中都十分常見，其中包括一種在實驗室培養的人體細胞。

質量控制

美國馬薩諸塞州布蘭迪斯大學（Brandeis University）的分子生物學家James Haber表示，許多研究人員都是通過放大DNA上的信號來測試他們的基因編輯是否成功，但這種方法可能會遺漏較大的基因刪除和基因重排。

Patrick Hsu還指出，這種錯誤的基因刪除和重排只會發生在利用DNA剪切的基因編輯技術中，其他不剪切DNA的CRISPR基因編輯方法就不會遇到這個問題。比如，有一種叫做鹼基編輯（base editing）的方法，利用改進過的CRISPR系統，在不需要剪切DNA的情況下將一個DNA鹼基換成另一個；還有其他的基因編輯系統利用非活化的Cas9與其他酶相融合來控制基因的開或關，或者作用在RNA上。

一些科學家已經注意到這種大規模缺失，馬薩諸塞州劍橋市的eGenesis公司利用基因編輯技術來將改造豬的器官以用於移植，該公司的共同創始人和首席科學家Luhan Yang表示，研究人員按慣例運用一系列的方法檢測這些或大或小的缺失。

相似的是，劍橋市的另一家公司Intellia正在改進和發展基於CRISPR的治療技術，該公司的高級副主席Thomas Barnes表示，科學家仔細檢查了經過基因編輯的小鼠肝臟細胞，並沒有證據表明出現了類似的大規模缺失，Barnes認為這可能是因為他們選用的細胞分裂能力不強，相比之下，Bradley團隊使用的是分裂活性高的細胞。

綜上所述，這些不必要的基因突變應該得到進一步的重視，但這並不能阻止任何人繼續使用CRISPR，Haber說，「這意味這當人們繼續使用CRISPR技術時，他們需要做更為詳盡的分析，了解發生的基因突變是否符合預期，這一點非常重要。」

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/d41586-018-05736-3

作者：Heidi Ledford

翻譯：肖遙

校對：楊青

本文來自：環球科學

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