近年來(lái)，CRISPR技術(shù)被越來(lái)越多的人認(rèn)為是癌癥的“控制中心”，可以用來(lái)修復(fù)導(dǎo)致失明的基因突變、治療生物的遺傳疾病、甚至通過(guò)編輯人類(lèi)胚胎基因來(lái)找出導(dǎo)致不孕和流產(chǎn)的原因。
圖丨蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中編號(hào)為5AXW的金黃色葡萄球菌的Cas9蛋白晶狀結(jié)構(gòu)
近日，Nature 子刊 Nature Methods 發(fā)表的一篇文章則表明，基因編輯技術(shù)有可能會(huì)在引起基因組內(nèi)數(shù)百種尚不確定的基因突變。
“我們一致認(rèn)為，CRISPR 引起的偏靶突變這一發(fā)現(xiàn)具有非常嚴(yán)重的潛在危害，其中包括單核苷酸突變和基因組非編碼區(qū)域的突變。”論文聯(lián)合作者、哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的 Stephen Tsang 博士說(shuō)。
眾所周知，CRISPR-Cas9 基因編輯技術(shù)憑借其快速和高精確度的特點(diǎn)，被科學(xué)家視為了解基因在疾病中作用的重要途徑。與此同時(shí)，基因編輯技術(shù)由于可以刪除或修復(fù)有缺陷的基因，所以它也為基因治療帶來(lái)了新的希望。
世界上首例將 CRISPR 應(yīng)用于人體的治療案例目前正在中國(guó)進(jìn)行，而歐美國(guó)家也會(huì)很快跟上。甚至有專(zhuān)家認(rèn)為，目前中美在該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)將日趨白熱化，有點(diǎn)類(lèi)似當(dāng)初冷戰(zhàn)時(shí)期的美蘇太空競(jìng)賽，只不過(guò)這次的主題換成了生物醫(yī)療。
然而，看似前景無(wú)可限量的 CRISPR 技術(shù)卻也遭到了質(zhì)疑。研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了該技術(shù)在用于活體生物時(shí)可能產(chǎn)生副作用的證據(jù)，而且其導(dǎo)致的非目標(biāo)基因突變有可能將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的想象。
圖丨CRISPR-Cas9 基因編輯技術(shù)說(shuō)明
在之前的研究中，Tsang 博士和他的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)兩只 CRISPR 基因編輯的小鼠做了全基因組測(cè)序，并進(jìn)行了健康程度比對(duì)。他們?cè)噲D找到 CRISPR 引起的突變，包括合成 DNA 和 RNA 最基本的單核苷酸分子。
他們發(fā)現(xiàn)，CRISPR基因編輯技術(shù)確實(shí)成功修復(fù)了小鼠體內(nèi)導(dǎo)致失明的基因，但這兩只小鼠體內(nèi)卻出現(xiàn)了超過(guò) 1500 個(gè)單核苷酸位點(diǎn)變異（SNVs），以及超過(guò) 100 個(gè)大片段序列插入與缺失（InDels）。
“研究者們經(jīng)常會(huì)使用一些計(jì)算機(jī)算法來(lái)預(yù)測(cè)非目標(biāo) DNA 突變，然而小鼠體內(nèi)發(fā)生的這些突變從來(lái)沒(méi)有被預(yù)測(cè)到”，Tsang 研究團(tuán)隊(duì)的報(bào)告指出。
圖丨截選自Nature Methods的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比
在上面圖表的前兩行，即全基因組測(cè)序單核苷酸位點(diǎn)變異（WGS SNVs）與全基因組測(cè)序大片段序列插入與缺失（WGS indels），已經(jīng)說(shuō)明了 CRISPR 基因編輯小鼠體內(nèi)產(chǎn)生的非目標(biāo)突變。
巴蘇克博士表示：“雖然我們對(duì) CRISPR 依舊保持樂(lè)觀(guān)，但作為醫(yī)生，我們知道任何一種新的療法都會(huì)有潛在的副作用，而對(duì)于 CRISPR，我們也必須要找出它的副作用是什么?！?/span>
但與眾多科學(xué)實(shí)驗(yàn)一樣，小鼠體內(nèi)發(fā)生的突變不一定意味著人體實(shí)驗(yàn)無(wú)法開(kāi)展，只是現(xiàn)在的當(dāng)務(wù)之急是要確定這類(lèi)突變是否會(huì)在更大規(guī)模、更復(fù)雜的樣本中出現(xiàn)，比如人體。
目前，研究人員也在積極改進(jìn) CRISPR 系統(tǒng)中基因切割酶和將酶引導(dǎo)到正確基因的 RNA 的部分，以此來(lái)提高基因編輯的效率。
Tsang 博士進(jìn)一步補(bǔ)充道：“我希望，我們的研究結(jié)果可以促使其他人使用全基因組測(cè)序來(lái)作為判斷他們所研究的 CRISPR 技術(shù)的脫靶效應(yīng)，進(jìn)而篩選出最安全、最準(zhǔn)確的基因編輯技術(shù)?！?/span>
據(jù)《自然》雜志早些時(shí)候的報(bào)道，2016 年 10 月 28 日，由腫瘤學(xué)家盧鈾教授領(lǐng)導(dǎo)的四川大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在華西醫(yī)院將經(jīng)過(guò)基因編輯的細(xì)胞注入到了一名參與臨床試驗(yàn)的肺癌患者體內(nèi)。
中國(guó)科學(xué)家主導(dǎo)的人體試驗(yàn)原本計(jì)劃于 2016 年 8 月進(jìn)行，但由于培養(yǎng)被編輯的細(xì)胞所需要的時(shí)間超出了最初的預(yù)期，所以才一直拖到十月底。不過(guò)中國(guó)在 CRISPR 技術(shù)上的應(yīng)用上的步伐已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在了美國(guó)前面。
圖丨四川大學(xué)華西醫(yī)院腫瘤學(xué)家盧鈾教授
美國(guó)的首次 CRISPR 人體試驗(yàn)?zāi)壳斑€處于計(jì)劃階段。雖然在 2016 年初，美國(guó)的研究人員就已經(jīng)獲準(zhǔn)進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)，并且獲得了科技大亨肖恩·帕克（Sean Parker）的投資，但估計(jì)一直要等到 2017 年晚些時(shí)候，這項(xiàng)試驗(yàn)才會(huì)在賓夕法尼亞大學(xué)進(jìn)行。
圖丨賓夕法尼亞大學(xué)腫瘤細(xì)胞免疫療法專(zhuān)家 Carl June
正如賓夕法尼亞大學(xué)腫瘤細(xì)胞免疫療法專(zhuān)家、美國(guó)首例CRISPR人體實(shí)驗(yàn)科學(xué)顧問(wèn)Carl June所說(shuō)：“我認(rèn)為在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上將爆發(fā)一場(chǎng)新的‘美蘇太空競(jìng)賽’，不過(guò)這次的競(jìng)爭(zhēng)雙方將是中國(guó)和美國(guó)。不過(guò)競(jìng)爭(zhēng)也是很重要的，因?yàn)樗ǔＳ兄谔岣咦罱K技術(shù)的可靠性。”
參考資料：
https://www.sciencealert.com/turns-out-crispr-gene-editing-can-cause-hundreds-of-unexpected-mutations
https://eurekalert.org/pub_releases/2017-05/cumc-cge052617.php
https://phys.org/news/2017-05-crispr-gene-hundreds-unintended-mutations.html
https://phys.org/news/2017-04-accurate-dna-method.html
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