科學家有望開發出脫靶率更低的安全CRISPR基因編輯技術

CRISPR系統是一種能夠靶向編輯基因組的強大工具，其具有明顯的治療潛力，然而其經常也會不恰當地編輯一些“脫靶”（off-target）位點，近日，一項刊登在國際雜志PLoS Biology上的研究報告中，來自溫州醫科大學等機構的科學家們通過研究表示，突變CRISPR基因編輯系統核心的酶類或許就能改善其編輯的精準度，相關研究結果或能為基因編輯提供一種相比使用未修飾酶類系統更安全的治療性策略。

CRISPR基因編輯系統能利用Cas9酶類進行DNA的切割，而Cas9能切割幾乎任何的DNA序列，其特異性源于與導向RNA（gRNA）之間的相互作用，gRNA的序列能使其通過堿基對匹配的方式來靶向作用DNA，一旦結合后，該酶類就會被激活，隨后就會開啟DNA的切割過程。

CRISPR系統存在于多種常用于研究的細菌物種中，而來自金黃色葡萄球菌的CRISPR系統則具有尺寸上的優勢，與其它細菌不同的是，其基因小到足以能裝載入一種稱之為腺相關病毒的多功能無害基因療法載體中，從而就使其在治療目的上具有一定的吸引力。包括來自金黃色葡萄球菌在內的任何CRISPR系統的關鍵局限性在于其在會進行DNA的脫靶切割，導向RNA可能會與序列接近但不完全匹配的位點結合地很弱，而根據匹配的緊密程度及成對gRNA-DNA復合體相互作用的緊密程度，酶類可能會被激活并錯誤地切割DNA，從而產生潛在的有害后果。

為了深入研究來自金黃色葡萄球菌的Cas9是否能被修飾以高保真性來切割預期的靶點，研究人員開發了一系列新型的Cas9突變體，同時在維持預期位點較高活性的同時檢測其區分不完美配對的能力，他們發現了一種突變體，其都能區分并拒絕gRNA和DNA之間的單堿基對錯誤匹配，無論靶點如何，這都能使保真度相比原始酶類提高了93倍；研究者表示，這種突變影響了部分的識別結構域，即酶類的特殊區域，該區域能協調酶類和gRNA-DNA復合體之間的接觸，這種突變可能會削弱這些接觸，從而就能確保只有來自完美序列匹配的最強配對才能夠觸發酶類活性。

最后研究者Gu表示，避免脫靶切割是利用CRISPR開發疾病治療性手段過程中所面臨的關鍵挑戰，比如糾正遺傳性疾病或靶向作用癌細胞等，本文研究結果或能幫助研究人員開發潛在安全的基因療法策略。