在活的干細(xì)胞中，將一種基因轉(zhuǎn)換成另一種基因的能力，在這十年間才從科幻小說跨越到現(xiàn)實(shí)。與任何新技術(shù)一樣，它帶來了希望——例如修復(fù)人類致病基因的希望——以及問題和安全問題?，F(xiàn)在，索爾克的科學(xué)家們解決了其中一個(gè)問題:對(duì)干細(xì)胞使用基因編輯技術(shù)并不會(huì)增加細(xì)胞突變的總體發(fā)生率。新的研究結(jié)果發(fā)表在2014年7月3日的《細(xì)胞干細(xì)胞》雜志上。

索爾克基因表達(dá)實(shí)驗(yàn)室教授、資深作者胡安•卡洛斯•伊茲皮蘇亞•貝爾蒙特表示:“精確修改干細(xì)胞DNA的能力，大大加快了對(duì)人類疾病和細(xì)胞療法的研究。”“為了成功地將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于臨床，我們首先需要檢查這些轉(zhuǎn)基因干細(xì)胞的安全性，比如它們的基因組穩(wěn)定性和突變負(fù)荷。”

當(dāng)科學(xué)家們想要改變細(xì)胞內(nèi)DNA片段的序列——無論是為了研究目的還是為了治療目的修復(fù)基因突變——他們有兩種選擇。他們可以用一種基因工程病毒將新基因傳遞給細(xì)胞;然后，細(xì)胞整合新的DNA序列以取代舊的DNA序列?；蛘呖茖W(xué)家可以使用自定義的靶向核酸酶，如TALEN蛋白，它可以在任何想要的位置切割DNA。研究人員可以使用這些蛋白質(zhì)來切割他們想要替換的基因，然后在其中添加一個(gè)新的基因。細(xì)胞的自然修復(fù)機(jī)制將粘貼新基因到位。

此前，貝爾蒙特的實(shí)驗(yàn)室率先使用了被稱為“輔助依賴腺病毒載體”(HDAdVs)的改良病毒，來糾正導(dǎo)致鐮狀細(xì)胞病的基因突變。鐮狀細(xì)胞病是世界上最嚴(yán)重的血液疾病之一。他和他的同事們用HDAdVs來替代一系列干細(xì)胞中突變的基因，使之成為無突變的版本，創(chuàng)造出理論上可以注入病人骨髓的干細(xì)胞，這樣病人的身體就可以產(chǎn)生健康的血細(xì)胞。

然而，在這些技術(shù)應(yīng)用于人類之前，貝爾蒙特等研究人員想知道，在干細(xì)胞中編輯基因是否存在風(fēng)險(xiǎn)。盡管兩種常見的基因編輯技術(shù)都被證明在改變正確的DNA片段方面是準(zhǔn)確的，但科學(xué)家們擔(dān)心，這一過程可能會(huì)使細(xì)胞更加不穩(wěn)定，并容易在不相關(guān)的基因中發(fā)生突變，比如那些可能導(dǎo)致癌癥的基因。

“隨著細(xì)胞被重新編程成干細(xì)胞，它們往往會(huì)積累許多突變，”貝爾蒙特實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員、這篇新論文的作者莫里(Mo Li)說。“所以人們自然會(huì)擔(dān)心，你在試管中對(duì)這些細(xì)胞進(jìn)行的任何處理——包括基因編輯——可能會(huì)產(chǎn)生更多的突變。”

為了查明這種情況是否屬實(shí)，貝爾蒙特的研究小組與華大基因和中國科學(xué)院生物物理研究所合作，研究了一系列含有導(dǎo)致鐮狀細(xì)胞疾病的突變基因的干細(xì)胞。他們用兩種HDAdV設(shè)計(jì)中的一種編輯了一些細(xì)胞的基因，用兩種TALEN蛋白中的一種編輯了另一些細(xì)胞的基因，并將其余的細(xì)胞保留在培養(yǎng)基中而不進(jìn)行編輯。然后，他們通過四次編輯和對(duì)照實(shí)驗(yàn)，對(duì)每個(gè)細(xì)胞的基因組進(jìn)行了完整測序。

在實(shí)驗(yàn)中，所有的細(xì)胞都獲得了較低水平的隨機(jī)基因突變，而那些通過hdadvor talene方法進(jìn)行基因編輯的細(xì)胞，其突變并不比培養(yǎng)中的細(xì)胞多。

貝爾蒙特實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員、這項(xiàng)研究的作者鈴木啟一郎(Keiichiro Suzuki)表示:“我們對(duì)研究結(jié)果感到驚喜。”人們發(fā)現(xiàn)在iPSC重編程過程中引入了數(shù)千種突變。我們發(fā)現(xiàn)在所有病例中只有不到100個(gè)核苷酸變異。

李補(bǔ)充說，這一發(fā)現(xiàn)并不一定意味著使用帶有編輯過的基因的干細(xì)胞沒有內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)，但編輯過程并不會(huì)降低干細(xì)胞的安全性。

他說:“我們的結(jié)論是，突變的風(fēng)險(xiǎn)與基因編輯沒有內(nèi)在聯(lián)系。”“這些細(xì)胞的風(fēng)險(xiǎn)與使用其他細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞或基因治療的風(fēng)險(xiǎn)相同。他補(bǔ)充說，發(fā)表在同一期刊上的另外兩篇論文支持他們的研究結(jié)果(一篇來自約翰霍普金斯大學(xué)，另一篇來自哈佛大學(xué)及其合作者)。

貝爾蒙特研究小組正在計(jì)劃進(jìn)行更多的研究，以確定其他細(xì)胞類型的基因修復(fù)、使用其他方法或以其他基因?yàn)榘悬c(diǎn)是否或多或少地可能導(dǎo)致不必要的突變。目前，他們希望他們的發(fā)現(xiàn)能鼓勵(lì)該領(lǐng)域的人們繼續(xù)追求基因編輯技術(shù)，將其作為未來治療基因疾病的一種潛在方法。