《Nature》、《Science》雙王炸：張鋒升級系統！新基因編輯系統誕生！

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基因編輯前景無限

導 讀

近日，兩項重大的突破性的研究在《Nature》和《Scinece》上報道。一個由張鋒團隊主導，發現了可編輯RNA的新分子，而另一個研究由麻省理工學院廣泛研究所和馬薩諸塞州劍橋的哈佛分校David Liu教授實驗室主導：新基因編輯系統！

《Nature》：新編輯技術！DNA無斷裂即可進行鹼基互換！

麻省理工學院廣泛研究所和馬薩諸塞州劍橋的哈佛分校開發，David Liu教授實驗室主導開發出了一個新的基因編輯系統！與原始的CRISPR基因編輯系統不同，這是一種相對不可預測和平坦的分子剪刀形式，可以剪切DNA的相當大的部分——可以重寫單個字母或遺傳基因從而具備了可改變單一基因的能力。

而這意味著研究人員現在可以嘗試糾正超過一半的人類遺傳性疾病！

這篇文章發表在10月25日的《Nature》上，David Liu教授實驗室發表了一篇名為「Programmable base editing of A·T to G·C in genomic DNA without DNA」文章，一石激起千層浪！

Nature報道

這篇文章中報道了一種新型腺嘌呤鹼基編輯器 (ABE)，結合以前的技術，ABE可以將A—T鹼基對轉換成G—C鹼基對，也可以將G—C鹼基對轉換成T—A 鹼基對！

Getting to the point of mutations

Base editors borrow from CRISPR"s components—guide RNAs (gRNAs) and Cas9 or other nucleases—but don"t cut the double helix and instead chemically alter single bases with deaminase enzymes such as TadA and ADAR.

這個技術到底突破在哪裡？

ABE實現了在不依賴DNA斷裂的情況下就能夠將DNA中四種不同的A、T、G、C鹼基進行替換！這種新型的技術在那些人類遺傳病中由鹼基對發生突變而導致的疾病有著不可估量的作用！

ABE編輯技術

而在這項研究中，在人胚胎腎細胞和骨癌細胞中，該技術以約50％的效率和幾乎沒有可檢測的副產物進行了研究人員所需要進行的校正！相比之下，更傳統的基於CRISPR的方法，其中科學家插入含有所需鹼基變化的DNA鏈，固定相同的單鹼基差異小於5％的效率，並且經常引起在編輯過程中不希望出現的大塊DNA的插入或缺失。

首爾國立大學分子遺傳學家Jin-Soo Kim說：「這是基因組編輯領域的重大突破！」

鹽湖城猶他大學的基因工程研究員達納·卡羅爾（Dana Carroll）表示：「這代表了英勇的努力，他指出，定向進化方法是黑暗中的一個鏡頭。卡羅爾說：「我不會有膽量去嘗試他們所做的。」

「A到G，G到A，C到T和T到C」的四種類型的能力對於精確的治療和基因編輯將是非常有價值的，「中國北京科學院遺傳與發育生物學研究所植物遺傳學家Caixia Gao說道。

《Scinece》：張鋒團隊再突破，RNA編輯出新剪刀！

美國東部時間10月25日，國際學術期刊《科學》發表了張鋒團隊一篇介紹CRISPR新系統「REPAIR」的文章。「REPAIR」的基本元件是一種取名為PspCas13b的酶和ADAR2蛋白。「REPAIR」可高效地修復RNA的單個核苷，因不會改變DNA信息而更為安全，將為基礎研究和臨床治療提供一個新的工具。

Science報道

Cas13酶家族最近受張鋒團隊青睞。10月4日，在發表於《自然》期刊的論文上，張鋒團隊證實了另一種酶Cas13a能夠在哺乳動物細胞中特異性地下調內源性RNA和報告RNA的水平。

「基因編輯的首要目標是矯正導致疾病的突變。現在，我們已經很擅長讓基因失活，但要修復已丟失的蛋白質功能則更具挑戰得多。編輯RNA這一新技能打開了更多的可能，幾乎可以在所有細胞中修復蛋白質功能，有助於多種疾病治療。」張鋒表示。

和此前CRISPR系統用於編輯DNA不同，張鋒團隊在普雷沃氏細菌（Prevotella）中找到了PspCas13b酶。這是Cas13酶家族中能使RNA失去活性的「佼佼者」，是潛在的RNA「剪刀」。

但張鋒團隊賦予PspCas13b的「使命」不是去讓RNA失活，相反的，他們設計了PspCas13b的「變體」。這個「變體」失去了「剪刀」的功能，但會牢牢地結合在特定的RNA片段上。同時，PspCas13b「變體」的搭檔——ADAR2蛋白會將該片段上的腺嘌呤核苷（A）替換成次黃嘌呤核苷（I）。

為何要做此替換？原來，鳥嘌呤核苷（G）突變為腺嘌呤核苷（A）時有發生，而這被認為和杜氏肌營養不良症、帕金森病等疾病密切相關。

人類的很多疾病信息都編碼在DNA這個「生命腳本」上。基因編輯技術的出現使得科學家有了修改DNA的可能，給治癒疾病帶來希望。但由於基因承載著生命最根源的信息，對DNA進行編輯有著安全和倫理上的顧慮。

RNA編輯有所不同。RNA是以DNA單鏈為模板的遺傳信息載體。DNA發出 「錯誤指令」，經RNA轉錄，翻譯給蛋白質並執行功能，才有疾病的表現。若中途攔截，矯正RNA上的錯誤信息，讓蛋白質接收到正確的信息，可起到治療效果。

Zhang和Liu強調，基礎編輯治療進入臨床試驗之前可能需要幾年時間，還需要明確該方法是否具有優於現有基因治療的優勢。然而，已經明確的是，標準CRISPR的強大變體已經存在於現如今的基因治療體系。

不得不說：基因編輯使得未來充滿無限可能！

參考資料：

1、CRISPR hacks enable pinpoint repairs to genome

2、Novel CRISPR-derived 『base editors』 surgically alter DNA or RNA, offering new ways to fix mutations

3、New Version of CRISPR, Developed by Feng Zhang-Led Team, Can Target and Edit RNA

4、Programmable base editing of A·T to G·C in genomic DNA without DNA cleavage

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