新的CRISPR基因編輯可以一次修復RNA和DNA一個錯別字

新的基因編輯工具可以糾正大約一半引起疾病的遺傳拼寫錯誤的錯別字。

研究人員對CRISPR/CAS9基因編輯器進行了修改這樣它將DNA鹼腺嘌呤轉換為鳥嘌呤，生物化學家大衛·劉（David Liu）及其同事於10月25日報告自然。在10月25日發表的另一項研究中科學，其他由CRISPR先驅馮的領導的研究人員重新設計了一個名為CRISPR/CAS13的基因編輯器在RNA中糾正相同的錯別字而不是DNA。

與其他版本的CRISPR/CAS9一起，新的編輯為科學家提供了一套擴展的精確工具，用於糾正疾病。

CRISPR/CAS9是一種分子剪刀，可剪斷DNA。科學家可以將剪刀帶到他們想要在有機體的遺傳指導書中切割的地方，並使用與目標部位的DNA相匹配的指南RNA。該工具已用於製造突變或在動物和人類細胞中糾正它們，包括人類胚胎（（SN：10/14/17，p。 8）。

各種各樣創新允許CRISPR/CAS9更改遺傳說明而無需切割DNA（（SN：16年9月3日，p。 22）。這些“基本編輯器”的早期版本（針對與引起疾病的另一半有關的遺傳拼寫錯誤相關的錯別字，已經用於改變植物，魚類，小鼠甚至人類胚胎的基因。

加州大學聖地亞哥分校的RNA生物學家Gene Yeo說，這種非切割基因編輯可能比傳統的DNA切割版本更安全。他說：“我們知道切割DNA存在缺點。”當細胞機械嘗試修復DNA斷裂時，通常會出現錯誤。儘管準確，但CRISPR有時會在類似於目標的地方切下DNA，從而增加了在其他地方引入新突變的可能性。 Yeo說：“這種永久的不可逆轉的編輯在DNA中錯誤的位置可能很糟糕。” “這兩篇論文有不同的方法來解決這個問題。”

新的編輯允許研究人員重寫將信息存儲在DNA和RNA中的所有四個基礎。這四個鹼是腺嘌呤（a），它們與胸骨（t）（或RNA中的尿嘧啶（u）配對，而鳥嘌呤（g）對具有胞嘧啶（c）。在人類細胞中，將CG鹼基對變為TA成對的突變每天發生100至500次。這些突變中的大多數可能是良性的，但是有些突變可能會改變蛋白質的結構和功能，或者乾擾基因活性，從而導致疾病。哈佛大學的霍華德·休斯醫學院研究員劉劉說，與人類遺傳疾病相關的32,000個突變中，約有一半是這種變化的CG。他說，到目前為止，幾乎沒有人可以做到這一點。

在RNA，DNA的化學表弟中，一些天然存在的酶可以扭轉這種常見的突變。這樣的酶將腺嘌呤化學轉化為插入（i），細胞將其解釋為G。這種RNA編輯在章魚和其他頭足類動物中經常發生有時在人類中（SN：4/29/17，p。 6）。

MIT和哈佛大學廣泛研究所的Zhang以及同事將稱為ADAR2的RNA編輯酶變成了可編程基因編輯工具。該團隊始於CRISPR/CAS13，通常會切割RNA的分子剪刀。使刀片鈍化，可以使工具抓緊而不是切片。然後，張和同事將ADAR2的A到I轉換為CRISPR/CAS13。被稱為“修復”，該工具的企業工具從13％到大約27％的人類細胞中種植在菜餚中的RNA。研究人員沒有發現任何不希望的變化。

編輯RNA非常適合臨時修復，例如關閉促炎症蛋白。劉說，但是要修復許多突變，它需要永久性的DNA維修。

2016年，劉的團隊成立了基礎編輯，將C轉換為中國研究人員報告蛋白質和細胞9月23日他們使用人類胚胎中的舊基礎編輯器來修復引起血液疾病β-丘腦貧血的突變。但是該編輯無法做出相反的更改，將A切換為G。

與RNA不同，沒有酶自然會使DNA中的A到I轉化。劉·高迪利（Nicole Gaudelli）在劉的實驗室強迫大腸桿菌細菌進化一個。然後研究人員抓住了大腸桿菌TADA的DNA轉換器變成了CAS9的“死亡”版本，因此無法切割兩個DNA。結果是一個名為ABE的基本編輯器，可以在約50％的人類細胞中以基本對切換為GC對。

劉說，該基本編輯器的工作更像是鉛筆而不是剪刀。在實驗室菜餚中，劉的團隊糾正了人類細胞中的突變，該患者患有儲存遺傳性血色素沉著症的鐵病血液疾病。該團隊還重新創建了有益突變，使血細胞能夠繼續產生胎兒血紅蛋白。已知這些突變可以預防鐮狀細胞貧血。

另一個小組在十月報導蛋白質和細胞那基礎編輯似乎比傳統的剪切CRISPR/CAS9更安全編輯。劉的結果似乎支持了這一點。他的團隊發現，大約14％的時間剪切CRISPR/CAS9在12個可能的“脫離目標”網站中進行了更改。新的A-G-G基礎編輯器僅更改了12個脫離靶向地點中的四個，而僅1.3％的時間。

劉說，這並不是說剪切編輯沒有用。 “有時候，如果您的任務是切入某些東西，那麼您不會用鉛筆做到這一點。你需要剪刀。”

編者註：馮張是科學與公眾協會的董事會成員，該董事會出版科學新聞。