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楊輝研究員在顯微鏡下開展研究工作。

科研人員在進(jìn)行胚胎培養(yǎng)操作。

　　提起基因編輯，除了科技倫理外，讓科學(xué)家們心存疑慮的還有潛在技術(shù)風(fēng)險——基因編輯脫靶。這會導(dǎo)致在基因靶點以外的地方產(chǎn)生錯誤切割，危害健康。

　　不過，近日有好消息傳來：中國科學(xué)院神經(jīng)所楊輝實驗室團(tuán)隊與合作者開發(fā)了一套新型脫靶檢測技術(shù)，能夠準(zhǔn)確、靈敏地檢測到基因編輯方法是否會產(chǎn)生脫靶效應(yīng)，有望開發(fā)出精度更高、安全性更大的新一代基因編輯工具，建立行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)

　　何謂脫靶？通俗點說，科學(xué)家們本來要對目標(biāo)基因A進(jìn)行“手術(shù)”，結(jié)果陰錯陽差地敲掉了基因B，從而釀成不可預(yù)知的安全風(fēng)險。然而懸在頭頂?shù)倪@把“達(dá)摩克利斯之劍”，看不見、摸不著，一直讓生物學(xué)家們戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢，卻又無可奈何。

　　對此，楊輝實驗室團(tuán)隊與合作者開發(fā)出的全新檢測基因編輯工具脫靶技術(shù)，在精度、廣度和準(zhǔn)確性上遠(yuǎn)超之前的同類技術(shù)，有望開發(fā)出精度更高、安全性更大的新一代基因編輯工具，相關(guān)研究成果已在線發(fā)表在頂級期刊《科學(xué)》上。

　　基因脫靶：

　　懸在頭頂?shù)摹斑_(dá)摩克利斯之劍”

　　作為新一代基因編輯工具，“上帝的手術(shù)刀”CRISPR/Cas9自2012年被發(fā)明以來，一直以其高效性和特異性備受世人期待。在學(xué)術(shù)界看來，基于CRISPR/Cas9及其衍生工具的臨床技術(shù)將為人類健康作出巨大貢獻(xiàn)。

　　但一個尷尬的現(xiàn)實是，CRISPR/Cas9問世以來，其脫靶風(fēng)險一直存在。“如果將CRISPR/Cas9及其衍生工具用于臨床的話，脫靶效應(yīng)可能會引起包括癌癥在內(nèi)的多種副作用?！敝袊茖W(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所研究員楊輝告訴經(jīng)濟(jì)日報記者。

　　在此之前，人們推出過多種檢測脫靶的方案。不過，以前的方法或者依賴于計算機(jī)軟件預(yù)測，可靠性無人得知；或者依賴于高通量測序檢測DSB產(chǎn)生；還有體外檢測的方法，會引入大量噪音，導(dǎo)致檢測精確度大打折扣。例如：無法高靈敏性檢測到脫靶突變，尤其是單核苷酸突變。因此，關(guān)于CRISPR/Cas9及其衍生工具的真實脫靶率，學(xué)術(shù)界一直存在爭議。

　　能否找到一種能夠突破之前限制的脫靶檢測技術(shù)？這成為CRISPR/Cas9及其衍生工具能否最終走向臨床的關(guān)鍵。

　　而科學(xué)技術(shù)歸根結(jié)底要服務(wù)人類，對于基因編輯這樣的技術(shù)，大家都很期待它能夠投入到臨床，為那些曾經(jīng)無法得到有效治療的患者帶來曙光。然而，任何一種用到臨床的療法都必須要足夠安全?！懊摪行?yīng)是基因編輯技術(shù)最大的風(fēng)險來源，過去從來沒有人能非常精確地測定脫靶效應(yīng)，人們迫切希望可以找到一種既能夠不依賴于脫靶位點預(yù)測，又能有足夠信噪比的精密脫靶檢測手段。反過來，只有擁有更精確、更靈敏的檢測技術(shù)，我們才可能以此開發(fā)出更安全的基因編輯工具?！睏钶x表示。

　　意外發(fā)現(xiàn)：

　　單堿基突變技術(shù)存在嚴(yán)重脫靶風(fēng)險

　　理想很美好，現(xiàn)實很殘酷。如何提升檢測脫靶效應(yīng)的精度？答案是：徹底顛覆原有的脫靶檢測手段。

　　為實現(xiàn)這一目標(biāo)，楊輝研究組與合作者建立了一種名叫“GOTI”的脫靶檢測技術(shù)。研究者們在小鼠受精卵分裂到二細(xì)胞期的時候，編輯一個卵裂球，并使用紅色熒光蛋白將其標(biāo)記。當(dāng)小鼠胚胎發(fā)育到14.5天時，將整個小鼠胚胎消化成為單細(xì)胞，再利用細(xì)胞分選技術(shù)，基于紅色熒光蛋白分選出基因編輯細(xì)胞和沒有基因編輯的細(xì)胞，并進(jìn)行全基因組測序，比較兩組差異。這樣就避免了單細(xì)胞體外擴(kuò)增帶來的噪音問題。

　　“由于實驗組和對照組來自同一枚受精卵，理論上基因背景完全一致。因此，直接比對兩組細(xì)胞的基因組，其中的差異基本就可以認(rèn)定是由基因編輯工具造成的。這樣便能發(fā)現(xiàn)此前脫靶檢測手段無法發(fā)現(xiàn)的完全隨機(jī)的脫靶位點?！痹撜n題合作開發(fā)者、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員左二偉解釋。

　　那么，千辛萬苦開發(fā)的新型脫靶檢測技術(shù)效果如何？實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

　　第一個接受挑戰(zhàn)的對象是最經(jīng)典的基因編輯工具——CRISPR/Cas9。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，設(shè)計良好的CRISPR/Cas9并沒有明顯的脫靶效應(yīng)，這個結(jié)果結(jié)束了之前對于CRISPR/Cas9脫靶率的爭議。

　　隨后，科研團(tuán)隊檢測了另一個同樣被寄予厚望的CRISPR/Cas9衍生技術(shù)——BE3（單堿基編輯工具）。結(jié)果讓人有些意外：這個系統(tǒng)由于可以精確引入點突變，在之前的研究中從未發(fā)現(xiàn)過具有明顯的脫靶問題。然而，在GOTI的檢測下研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，BE3存在非常嚴(yán)重的脫靶。而且，這些脫靶大多出現(xiàn)在傳統(tǒng)脫靶預(yù)測認(rèn)為不太可能出現(xiàn)脫靶的位點。換句話說，單堿基編輯技術(shù)有可能導(dǎo)致大量無法預(yù)測的脫靶，因而存在嚴(yán)重的安全風(fēng)險。

　　進(jìn)一步分析這些脫靶位點，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，有部分位點出現(xiàn)在抑癌基因上。這意味著什么？“經(jīng)典版本的BE3有著很大的隱患，目前不適合作為臨床技術(shù)。要知道，在此之前，以BE3為代表的單堿基突變技術(shù)一直被認(rèn)為是一種特別安全，幾乎不會存在脫靶問題的新技術(shù)?！睏钶x說，盡管從基礎(chǔ)生物學(xué)理論上可以推斷出這些技術(shù)很可能存有脫靶問題，但當(dāng)時大家理所當(dāng)然地認(rèn)為它們很安全。

　　“我們的發(fā)現(xiàn)證實了以BE3為代表的部分基因編輯技術(shù)存在無法預(yù)測的脫靶風(fēng)險，這在一定程度上可以讓業(yè)界更冷靜一點，以便更謹(jǐn)慎地重新審視這些新技術(shù)的安全性?！睏钶x稱。

　　未來方向：

　　開發(fā)精準(zhǔn)安全的基因編輯工具

　　在科學(xué)界看來，這一研究顯著提高了基因編輯技術(shù)脫靶檢測的敏感性，并且可以在不借助任何脫靶位點預(yù)測技術(shù)的情況下，發(fā)現(xiàn)之前的脫靶檢測手段無法發(fā)現(xiàn)的完全隨機(jī)的脫靶位點，為基因編輯工具的安全性評估帶來了突破性的新工具。

　　不過，意義不止于此?！拔覀兊墓ぷ鹘⒘艘环N在精度、廣度和準(zhǔn)確性上遠(yuǎn)超之前的基因編輯脫靶檢測技術(shù)，有望由此開發(fā)精度更高、安全性更高的新一代基因編輯工具，建立行業(yè)的新標(biāo)準(zhǔn)?！睏钶x說。

　　針對現(xiàn)有BE3等單堿基突變技術(shù)存在脫靶的問題，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所所長蒲慕明表示，很多遺傳疾病是單堿基突變導(dǎo)致的，因此，單堿基突變這個技術(shù)本身仍具有巨大價值?！罢且驗橐呀?jīng)建立新的檢測技術(shù)，我們才知道如何去修正、改善BE3，從而開發(fā)安全性更高的新一代基因編輯工具?！?/p>

　　楊輝告訴記者，團(tuán)隊接下來將主要開展兩項工作：一是進(jìn)一步檢測BE3除導(dǎo)致異?；蛲蛔兺?，是否存在其他問題；二是在此基礎(chǔ)上設(shè)法改進(jìn)這一單堿基編輯工具，建立一種不會脫靶，也沒有其他風(fēng)險的單堿基突變技術(shù)，造?；颊?。

　?。ㄔd于《經(jīng)濟(jì)日報》 2019-03-25 15版）