哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種新的基因組編輯工具。這個(gè)新的“基礎(chǔ)編輯器”可以直接修復(fù)人類(lèi)基因組中單字母變化的類(lèi)型，這些變化占人類(lèi)疾病相關(guān)點(diǎn)突變的大約一半。這些突變與遺傳性失明，鐮狀細(xì)胞性貧血，代謝性疾病，囊性纖維化等疾病有關(guān)。

由哈佛大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)教授David Liu，Broad研究所的核心研究所成員和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所(HHMI)研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開(kāi)發(fā)了一種可轉(zhuǎn)化DNA堿基對(duì)A的分子機(jī)器。 * T至G * C，無(wú)需切割雙螺旋，效率高，幾乎沒(méi)有不需要的產(chǎn)品。該開(kāi)發(fā)是不斷增長(zhǎng)的基因組編輯工具套件的重要補(bǔ)充。

今天在“自然”雜志上發(fā)表的一篇論文中描述了新系統(tǒng)。除劉先生外，該研究由劉實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Nicole Gaudelli領(lǐng)導(dǎo)。Alexis Komor，劉氏實(shí)驗(yàn)室前博士后研究員，現(xiàn)任加州大學(xué)圣地亞哥分校助理教授;研究生Holly Rees;前研究生邁克爾帕克和艾哈邁德巴德蘭，以及前博士后研究員大衛(wèi)布賴(lài)森。

新系統(tǒng)，稱(chēng)為Adenine Base Editor，或ABE，可以編程為使用指導(dǎo)RNA和CRISPR-Cas9的修飾形式靶向基因組中的特定堿基對(duì)。它通過(guò)重新排列目標(biāo)腺嘌呤(A)中的原子 - 構(gòu)成DNA的四個(gè)堿基之一 - 而不是鳥(niǎo)嘌呤(G)，然后欺騙細(xì)胞固定另一個(gè)DNA鏈以完成堿基對(duì)轉(zhuǎn)換，變化永久。結(jié)果，過(guò)去的A * T堿基對(duì)成為G * C堿基對(duì)。

與用于校正點(diǎn)突變的其他基因組編輯技術(shù)相比，該系統(tǒng)不僅非常有效，而且實(shí)際上沒(méi)有可檢測(cè)的副產(chǎn)物，例如隨機(jī)插入，缺失，易位或其他堿基對(duì)堿基轉(zhuǎn)換。

做出這一具體變化非常重要，因?yàn)檠芯咳藛T已經(jīng)確定的32,000種疾病相關(guān)點(diǎn)突變中大約有一半是從G * C到A * T的變化。

“我們開(kāi)發(fā)了一種新的基礎(chǔ)編輯器 - 一種分子機(jī)器 - 以可編程，不可逆轉(zhuǎn)，高效和清潔的方式可以糾正活細(xì)胞基因組中的這些突變，”劉說(shuō)，他也是Richard Merkin教授兼主任。梅爾金醫(yī)療保健轉(zhuǎn)型技術(shù)研究所。“當(dāng)針對(duì)人類(lèi)基因組DNA中的某些位點(diǎn)時(shí)，這種轉(zhuǎn)化會(huì)逆轉(zhuǎn)與特定疾病相關(guān)的突變。”

ABE加入了劉氏實(shí)驗(yàn)室開(kāi)創(chuàng)的其他基礎(chǔ)編輯系統(tǒng)，如BE3及其改進(jìn)型BE4。使用這些基礎(chǔ)編輯器，研究人員現(xiàn)在可以糾正所有所謂的“過(guò)渡”突變 - 從C到T，從T到C，從A到G或從G到A，它們共同占所有致病點(diǎn)的近三分之二突變，包括許多導(dǎo)致嚴(yán)重疾病的突變，目前尚無(wú)治療方法。劉指出，需要進(jìn)一步的研究，以使ABE能夠盡可能多地靶向基因組，正如劉和他的學(xué)生之前通過(guò)BE3的工程變體實(shí)現(xiàn)的那樣。

新的基礎(chǔ)編輯器的開(kāi)發(fā)始于團(tuán)隊(duì)開(kāi)始為期一年的努力，開(kāi)發(fā)出一種新的酶，可將腺嘌呤轉(zhuǎn)化為肌苷(I)，這種核苷酸在DNA或RNA合成過(guò)程中表現(xiàn)與G相似。由Gaudelli領(lǐng)導(dǎo)的這個(gè)項(xiàng)目最終產(chǎn)生了高性能的第七代ABE。

“在開(kāi)發(fā)ABE時(shí)，我面臨的主要挑戰(zhàn)是克服ABE是否可以從概念走向現(xiàn)實(shí)的心理障礙，因?yàn)榫庉嫷年P(guān)鍵組成部分并不是自然存在的，而是必須在我們的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)化，”Gaudelli說(shuō)。“重要的是保持我們不僅可以夢(mèng)想這樣一個(gè)分子機(jī)器的信念，而且還要建立它。”

為了證明ABE的潛力，Liu及其同事首先使用ABE直接糾正導(dǎo)致人類(lèi)細(xì)胞遺傳性血色素沉著癥(HHC)的突變。

他們還使用ABE在人體細(xì)胞中安裝一種抑制疾病的突變，重建在健康人群中發(fā)現(xiàn)的所謂“英國(guó)突變”，這些人通常會(huì)患上像鐮狀細(xì)胞性貧血這樣的血液疾病，但卻會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致胎兒血紅蛋白基因的突變。出生后保持活躍，保護(hù)他們免受血液病的侵害。

雖然ABE的開(kāi)發(fā)是基礎(chǔ)編輯中令人興奮的一步，但在基礎(chǔ)編輯可用于治療遺傳性疾病患者(包括安全性，功效和副作用測(cè)試)之前，仍有許多工作要做。

“創(chuàng)造一臺(tái)能夠治療疾病所需的遺傳改變的機(jī)器是向前邁出的重要一步，但它只是治療病人所需要的一部分，”劉說(shuō)。“我們?nèi)匀槐仨毺峁┰摍C(jī)器，我們必須測(cè)試其安全性，我們必須評(píng)估其對(duì)動(dòng)物和患者的有益影響，并權(quán)衡它們對(duì)任何副作用 - 我們需要做更多的事情。”

“但擁有這臺(tái)機(jī)器是一個(gè)良好的開(kāi)端。”