一种新的基因编辑脱靶检测技术

　　中国农科院深圳农业基因组所又一项重大成果《胞嘧啶单碱基编辑会导致大量单核苷酸突变的脱靶》登上了国际顶尖学术期刊《科学》(Science)。这篇论文被《科学》审稿人用“elegant”(优美的)来评价,审稿人认为中国科学家所运用的实验虽然简单却很能解决复杂问题,颇有些“四两拨千斤”的意味。

　　据了解,这项研究由中国农科院深圳农业基因组所与中科院神经科学研究所、中国科学院马普计算生物学研究所、斯坦福大学遗传学系合作完成。论文的第一作者是基因组所动物基因组中心左二伟研究员,该所左二伟课题组助理研究员袁堂龙博士为论文共同第一作者。

　　目前仍没有“完美”的基因编辑技术

　　“基因编辑”是近年来生物生命科学界炙手可热的名词,相关TALEN技术和CRISPR/Cas9技术分别在2012、2013和2015年被《科学》评为十大科学突破之一。华裔生物学家David Liu因单碱基编辑技术的发明被《自然》(Nature)评选2017年度十大科学人物。

　　人类通过对目标基因进行“编辑”,可实现对特定DNA片段的敲除、加入。基因编辑就像“神奇的剪刀手”,人类似乎已掌握了开启基因密码的钥匙。特别是在单碱基编辑技术问世后,人类在不切割双链DNA的情况下就能对靶基因位点的单个碱基进行C(胞嘧啶)→T(胸腺嘧啶)或G(鸟嘌呤)→A(腺嘌呤)的精准编辑。中国及美国科研人员正着手利用单碱基编辑技术修正地中海贫血症的单碱基突变。

　　这种全新基因编辑技术会是“完美”的吗?左二伟表示,当初他们设计实验是为了证明单碱基基因编辑工具的优势所在,没想到结果却大相径庭。

　　他们利用小鼠进行实验。受精卵分裂为两个细胞时,科研人员对其中一个细胞进行基因编辑,并标记为红色。随后细胞不断分裂发育成胚胎,科研人员在胚胎发育到14.5天时,将红色细胞与非红色细胞分开,通过高通量测序技术进行检测,从而得到了意想不到的结果。“我们发现BE3单碱基基因编辑技术可能导致大量无法预测的脱靶,而且可能造成抑癌基因的突变,因而存在严重的安全风险。”左二伟表示,相反,过去人们认为脱靶风险更高的CRISPR/Cas9技术,只要在周密设计的前提下操作则不会产生脱靶。

　　巧妙利用受精卵突破瓶颈

　　近年来,基因编辑技术已广泛应用于农业、工业及科学研究上,但对基因编辑的争议也很热,到底基因编辑技术安不安全是争论的焦点。

　　“有些学者认为基因编辑是安全的,还有些对安全性表示担忧。”左二伟告诉记者,这是因为基因编辑脱靶突变的检测一直是个难以突破的瓶颈。过去,人们通过计算机模拟预测脱靶突变的发生,但每种计算方法得出的结果都不一样,预测工具的可靠性也存在问题。

　　于是,像左二伟这样的科研人员转而开发基于小鼠胚胎的检测技术,在全基因组范围检测脱靶突变。“这种方法的难度在于不同个体之间存在巨大的基因差异。”左二伟表示,之前很多科研人员利用两组小鼠进行对比,但世界上没有两只完全一样的小鼠,其中的差异造成实验难以为继。而他们此次所设计的实验是利用了一个受精卵进行,也就相当于在同一只小鼠体内,在完全一致的基因背景下进行实验。

　　如此巧妙的设计,让这个实验设计赢得了审稿人“elegant”(优美的)的称赞,这是一种能够突破之前限制的基因编辑脱靶检测技术,这种技术被命名为“GOTI”。

　　近3年已在三大顶尖期刊发表6篇论文

　　据悉,这项研究成果可以发现之前的脱靶检测手段无法发现的完全随机的脱靶位点,在精度、广度和准确性上都超越了此前的基因编辑脱靶检测技术,为基因编辑的安全性评估带来了突破性的新工具,将成为衡量基因编辑技术是否能最终应用于临床等领域的关键。

　　左二伟是一位“80后”基层科研人员。2018年8月,中国农科院深圳农业基因组所成立动物基因组中心,一直从事动物基因编辑的左二伟便被引入。“深圳是一座有活力,有发展潜力的城市。”左二伟表示,除了专业对口外,深圳也是一座对科研人员充满吸引力的城市。

　　据了解,深圳基因组所挂牌成立以来,已经吸引了近300名像左二伟这样的科研人员扎根深圳。近3年,该所已在《自然》《科学》《细胞》国际三大顶尖期刊上发表论文6篇,在全球顶级学术期刊上发表SCI论文150余篇,审定国审品种2个、省审品种6个。

　　左二伟透露,GOTI基因编辑脱靶检测技术的发明,可带动科研人员据此开发精度更高、安全性更好的新一代基因编辑工具,基因编辑技术将会发生质的飞跃。

　　（来源：深圳商报）