現(xiàn)在，一個生物學家團隊開發(fā)了一種更安全的新方法，它可能在未來糾正基因缺陷。他們的策略利用了天然的DNA修復機制并為新型的基因治療策略提供了一個基礎，其有可能治愈大量的遺傳性疾病。該研究于7月1日發(fā)表在《Science Advances》雜志上，由加州大學圣地亞哥分校(UCSD)的一個生物學家團隊展開，其中包括博士后學者Sitara Roy、專家Annabel Guichard和Ethan Bier教授。

那些患有遺傳性疾病的人往往在從父母那里繼承的兩份基因中攜帶不同的突變。這意味著在許多情況下，一條染色體上的突變會在另一條染色體上有一個功能序列對應。科學家們使用CRISPR基因編輯工具來利用這一事實。

該研究的論文第一作者Guichard說道：“健康的變體可以被細胞的修復機制用來在切割突變的DNA后糾正有缺陷的突變，值得注意的是，這可以通過一個簡單的無害缺口更有效地實現(xiàn)?！?/p>

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科學家們在果蠅中設計了突變體，通過它們眼睛中色素的產(chǎn)生允許可視化這種“同源染色體修復(HTR)”。這種突變體最初的特點是眼睛完全是白色的。但當同樣的蒼蠅表達CRISPR組件（一種引導RNA加Cas9）時，它們的眼睛上顯示出大面積的紅色斑塊，這表明細胞的DNA修復機制已經(jīng)成功地利用另一條染色體的功能性DNA逆轉(zhuǎn)了突變。

然后，研究人員用被稱為“缺口酶”的Cas9變體測試了他們的新系統(tǒng)，該變體只針對DNA的一條鏈而不是兩條鏈。令人驚訝的是，研究人員們發(fā)現(xiàn)這種缺口也能使紅眼顏色得到高水平的恢復，幾乎跟正常（非突變）的健康蒼蠅一樣。他們發(fā)現(xiàn)缺口酶的修復成功率為50-70%，而雙鏈切割Cas9的修復成功率僅為20-30%，后者也會產(chǎn)生頻繁的突變并針對整個基因組的其他位點。

研究論文第一作者Roy表示：“我無法相信缺口酶的效果有多好，這完全是意料之外的。研究人員指出，這個新系統(tǒng)的多功能性可以作為修復哺乳動物基因突變的模型?！?/p>

Guichard則指出：“我們還不知道這個過程將如何轉(zhuǎn)化為人類細胞以及我們是否可以將其應用于任何基因。可能需要進行一些調(diào)整，才能獲得人類染色體攜帶的致病突變的高效HTR?！?/p>

這項新研究擴展了該小組以前在用“等位基因驅(qū)動”進行精確編輯方面取得的成就?！暗任换蝌?qū)動”擴展了基因驅(qū)動的原理，用一種引導RNA來指導CRISPR系統(tǒng)切割基因的不希望的變體并用該基因的首選版本來取代它們。

該小組研究的一個關鍵特征是，他們基于缺口酶的系統(tǒng)導致的靶上和靶外突變要少得多，而更多傳統(tǒng)的基于Cas9的CRISPR編輯是已知的。他們還稱，在幾天內(nèi)緩慢、持續(xù)地提供缺口酶成分可能比一次性提供更有利。

Bier說道：“這種方法的另一個顯著優(yōu)勢是其簡單性。它所依賴的成分非常少，而且DNA斷裂是‘軟’的，不像Cas9那樣產(chǎn)生完整的DNA斷裂，往往伴隨著突變?！?/p>

“如果可以通過促進組間配對或優(yōu)化缺口特異性修復過程來增加這種事件的頻率，那么可以利用這種策略來糾正許多顯性或反雜合的致病突變，”Roy說道。