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新的检测基因编辑工具脱靶技术问世

新的检测基因编辑工具脱靶技术问世了——

让基因编辑偏离目标无处隐藏

经济日报·中国经济网记者沉辉

新的检测基因编辑工具脱靶技术问世 轻松赚钱 第1张

研究员杨辉在显微镜下进行了研究工作。沉辉的照片

新的检测基因编辑工具脱靶技术问世 轻松赚钱 第2张

研究人员正在进行胚胎培养手术。沉辉的照片

在基因编辑方面,除科学技术伦理外,科学家还有潜在的技术风险可疑。——基因编辑目标。这可能导致基因靶标之外的错误切割,这对健康有害。

然而,最近有一个好消息:中国科学院神经病学研究所的团队和合作者开发了一种新的脱靶检测技术,可以准确,灵敏地检测基因编辑方法是否会产生脱靶效应,并且它有望提高精度。新一代基因编辑工具具有越来越高的安全性,建立了新的行业标准

什么是目标?人们普遍认为科学家必须对目标基因A进行“手术”,结果是基因B被淘汰,导致不可预测的安全风险。然而,悬在头顶上的“达摩克利斯之剑”,看不见,无形,让生物学家不禁颤抖,但没有什么可做的。

在这方面,杨辉实验室团队和合作者开发的新型检测基因编辑工具脱靶技术在准确性,广度和准确性方面远远优于以往技术,有望开发出更高精度的新一代产品。更高的安全性基因编辑工具和相关研究成果已在顶级期刊《科学》上在线发表。

基因脱靶:

“达摩克利斯之剑”悬在头顶上方

作为新一代基因编辑工具,“神的手术刀”CRISPR/Cas9自2012年发明以来,因其效率和特异性而被世界发明。在学术界,基于CRISPR/Cas9及其衍生物的临床技术将是为人类健康做出重大贡献。

但令人尴尬的现实是,自CRISPR/Cas9问世以来,脱靶的风险一直存在。 “如果在临床上使用CRISPR/Cas9及其衍生物,那么脱靶效应可能会导致许多副作用,包括癌症。”中国科学院神经科学研究所研究员杨辉告诉“经济日报”记者。

在此之前,引入了各种用于脱靶检测的解决方案。但是,以前的方法依赖于计算机软件的预测,可靠性未知;或依靠高通量测序来检测DSB的产生;而体外检测方法,会引入大量噪声,导致检测精度大大降低。例如,不能以高灵敏度检测脱靶突变,尤其是单核苷酸突变。因此,学术界对CRISPR/Cas9及其衍生物的真实脱靶率一直存在争议。

你能找到一种可以突破以前限制的脱靶检测技术吗?这是CRISPR/Cas9及其衍生物最终能够进入临床的关键。

归根结底,科学技术必须为人类服务。对于遗传编辑等技术,每个人都期望将其纳入临床实践,为无法获得有效治疗的患者带来曙光。但是,任何临床使用的治疗都必须足够安全。 “脱靶效应是基因编辑技术的最大风险来源。过去,没有人能够非常准确地测量脱靶效应。迫切需要找到一种能够独立于脱靶预测和足够的信噪比的精度。脱靶检测装置。相反,只有使用更准确和灵敏的检测技术,我们才能开发出更安全的基因编辑工具,“杨辉说。”

出乎意料的发现:

单碱基突变技术具有严重的脱靶风险

理想是非常美丽,现实是残酷的。如何提高检测脱靶效应的准确性?答案是:完全破坏原来的脱靶检测装置。

为实现这一目标,杨辉研究团队和合作者建立了一种名为“GOTI”的脱靶检测技术。当小鼠受精卵分裂成双细胞阶段并用红色荧光蛋白标记时,研究人员编辑了一个卵裂球。当小鼠胚胎发育到14.5天时,将整个小鼠胚胎消化成单个细胞,然后使用细胞分选技术对基因编辑细胞和细胞进行分类,无需基于红色荧光蛋白的基因编辑,整体进行基因组测序。两组之间的差异。这避免了由单细胞的体外扩增引起的噪音问题。

“因为实验组和对照组来自同一受精卵,理论遗传背景完全相同。因此,可以直接比较两组细胞的基因组,并且差异基本上可以通过基因编辑工具确定。中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员左尔伟说:“一种完全随机的脱靶位点,无法通过脱靶检测方法检测到。”

那么,成千上万的艰辛发展出来的新型脱靶检测技术的作用是什么?实践是检验真理的唯一标准。

第一个受到挑战的是最经典的基因编辑工具—— CRISPR/Cas9。结果发现,设计良好的CRISPR/Cas9没有显着的脱靶效应,这一结果结束了先前关于CRISPR/Cas9脱靶率的争议。

随后,研究小组测试了另一种备受期待的CRISPR/Cas9衍生技术—— BE3(单基编辑工具)。结果有些令人惊讶:由于精确引入点突变,该系统从未在先前的研究中发现具有显着的脱靶问题。然而,在GOTI的检测下,研究小组发现BE3有一个非常严重的脱靶。此外,大多数这些脱靶都发生在传统的脱靶预测不太可能脱靶的地方。换句话说,单基编辑技术有可能导致大量不可预测的脱靶,并且存在严重的安全风险。

对这些脱靶位点的进一步分析,该团队发现一些位点出现在肿瘤抑制基因上。这是什么意思? “BE3的经典版本具有很大的隐患,目前不适合临床技术。应该注意的是,在此之前,BE3所代表的单基因突变技术一直被认为是特别安全的,几乎没有关闭 - 目标问题。新技术。“杨辉说,尽管可以从基础生物学理论推断出这些技术可能存在脱靶问题,但当时每个人都认为它们是安全的。

“我们的研究结果证实,BE3代表的一些基因编辑技术具有不可预测的脱靶风险,这在一定程度上可以使行业更加平静,更加谨慎地重新审视这些新技术的安全性。”杨辉说。

未来方向:

开发准确安全的基因编辑工具

在科学界,这项研究显着提高了基因编辑技术脱靶检测的灵敏度,并且可以找到完全随机的脱靶,这是以前的脱靶检测方法没有找到的,没有任何脱靶预测技术。 Point,一种用于基因编辑工具安全评估的突破性新工具。

然而,意义并不止于此。 “我们的工作已经建立了基因编辑脱靶检测技术,其准确性,广度和准确性都非常优越。预计将开发出具有更高精度和更高安全性的新一代基因编辑工具,并在行业中建立新标准。杨辉说。

针对现有BE3等单碱基突变技术的脱靶问题,中国科学院院士,中国科学院神经科学研究所所长蒲慕明表示,许多遗传病是由单碱基突变引起。因此,单碱基突变本身的技术仍然具有很大的价值。 “正是因为我们已经建立了新的检测技术,我们知道如何修复和改进BE3以开发新一代更安全的编辑工具。”

杨辉告诉记者,该团队将主要执行两项任务:一是进一步检验BE3除基因突变异常外还有其他问题;第二是改进单基编辑工具并建立一种不脱靶的方法,并且没有其他单基因突变技术的风险对患者有利。

沉辉

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