“渐冻人”(运动神经元症)、“玻璃娃娃”(成骨不全症)、“月亮孩子”(白化病)、地中海贫血……各种各样的罕见病一直因发病率低而缺乏有效的治疗方案,给患者和家庭带来无限的痛苦。据统计,全球有7000多种罕见病,其中80%的罕见病是单基因遗传病。近年来,随着基因编辑技术的逐渐成熟,基因治疗被人们寄予厚望。然而,基因治疗的风险不可低估,其中“脱靶效应”是基因编辑技术最大的风险来源。
近日,中科院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心杨辉研究组与中科院马普计算生物学研究所、中国农科院深圳农业基因组研究所及美国斯坦福大学团队合作,开发出一种名为GOTI的全新的检测基因编辑工具脱靶技术。该技术可精准客观地评估基因编辑工具的脱靶率。该研究于3月1日在线发表于《科学》。
难题:如何有效检测基因编辑工具的安全性。CRISPR/Cas9是广受关注的新一代基因编辑工具。
学术界普遍认为,基于CRISPR/Cas9及其衍生工具的临床技术将为人类的健康作出巨大贡献。然而,基因编辑工具“脱靶”风险也一直备受关注。若将其应用于临床,“脱靶效应”可能会引起包括癌症在内的很多种副作用。
中科院神经科学研究所研究员杨辉在接受《中国科学报》采访时表示,临床技术对于潜在风险和副作用的容忍度极低,因此一种能突破之前限制的脱靶检测技术,将成为CRISPR/Cas9及其衍生工具能否最终走上临床的关键。
突破:GOTI技术精准捕捉“脱靶”逃兵。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。为实现这一目标,实验人员建立了一种名叫GOTI的脱靶检测技术。
中国农科院深圳农业基因组研究所研究员左二伟告诉《中国科学报》,他们在小鼠受精卵分裂到二细胞期时,编辑一个卵裂球,并使用红色荧光蛋白标记。小鼠胚胎发育到14.5天时,将整个小鼠胚胎消化成为单细胞,利用流式细胞分选技术并基于红色荧光蛋白,分选出基因编辑细胞和没有基因编辑的细胞,然后通过全基因组测序比较两组差异。这样就避免了单细胞体外扩增带来的噪音问题。
未来:完善基因编辑治疗手段、建立行业标准。
杨辉告诉记者,团队接下来将进一步检测BE3除导致异常基因突变外还可能存在的其他问题,并在此基础上,设法改进这个系统,从而建立一种不会脱靶,也没有其他风险的单碱基突变技术。中科院马普计算生物学研究所研究员李亦学表示,最新工作建立了一种在精度、广度和准确性上远超之前的基因编辑脱靶检测技术,显著提高了基因编辑技术的脱靶检测敏感性,有望借此开发出精度更高、安全性更好的新一代基因编辑工具。
中科院院士、中科院神经科学研究所所长蒲慕明认为,该技术针对基因编辑的安全性问题,“有了它,便可以更加客观、可靠地评估基因编辑工具的脱靶率”。