哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)了一種新的基因組編輯工具。這個新的“基礎(chǔ)編輯器”可以直接修復(fù)人類基因組中單字母變化的類型，這些變化占人類疾病相關(guān)點突變的大約一半。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)的研究小組開發(fā)了一種可轉(zhuǎn)化DNA堿基對A的分子機(jī)器。 * T至G * C，無需切割雙螺旋，效率高，幾乎沒有不需要的產(chǎn)品。該開發(fā)是不斷增長的基因組編輯工具套件的重要補充。

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，該研究由劉實驗室的博士后研究員Nicole Gaudelli領(lǐng)導(dǎo)。Alexis Komor，劉氏實驗室前博士后研究員，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)布賴森。

新系統(tǒng)，稱為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。它通過重新排列目標(biāo)腺嘌呤(A)中的原子 - 構(gòu)成DNA的四個堿基之一 - 而不是鳥嘌呤(G)，然后欺騙細(xì)胞固定另一個DNA鏈以完成堿基對轉(zhuǎn)換，變化永久。結(jié)果，過去的A * T堿基對成為G * C堿基對。

與用于校正點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，而且實際上沒有可檢測的副產(chǎn)物，例如隨機(jī)插入，缺失，易位或其他堿基對堿基轉(zhuǎn)換。

做出這一具體變化非常重要，因為研究人員已經(jīng)確定的32,000種疾病相關(guān)點突變中大約有一半是從G * C到A * T的變化。

“我們開發(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，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)針對人類基因組DNA中的某些位點時，這種轉(zhuǎn)化會逆轉(zhuǎn)與特定疾病相關(guān)的突變。”

ABE加入了劉氏實驗室開創(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BE3的工程變體實現(xiàn)的那樣。

新的基礎(chǔ)編輯器的開發(fā)始于團(tuán)隊開始為期一年的努力，開發(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合成過程中表現(xiàn)與G相似。由Gaudelli領(lǐng)導(dǎo)的這個項目最終產(chǎn)生了高性能的第七代ABE。

“在開發(fā)ABE時，我面臨的主要挑戰(zhàn)是克服ABE是否可以從概念走向現(xiàn)實的心理障礙，因為編輯的關(guān)鍵組成部分并不是自然存在的，而是必須在我們的實驗室中進(jìn)化，”Gaudelli說。“重要的是保持我們不僅可以夢想這樣一個分子機(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“英國突變”，這些人通常會患上像鐮狀細(xì)胞性貧血這樣的血液疾病，但卻會產(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，功效和副作用測試)之前，仍有許多工作要做。

“創(chuàng)造一臺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。“我們?nèi)匀槐仨毺峁┰摍C(jī)器，我們必須測試其安全性，我們必須評估其對動物和患者的有益影響，并權(quán)衡它們對任何副作用 - 我們需要做更多的事情。”

“但擁有這臺機(jī)器是一個良好的開端。”