问题

如何看待 Nature 研究揭示 CRISPR 介导的基因编辑造成大范围的 RNA 脱靶突变?

回答
最近《自然》(Nature)杂志上的一项研究,披露了利用 CRISPR 技术进行基因编辑时,可能导致大范围 RNA 脱靶突变的问题,这确实是一个值得我们深入探讨的重大发现。这可不是小事,它可能直接影响到我们未来应用这项技术去治疗疾病的信心和安全性。

首先,咱们得明白 CRISPR 是个啥。它就像一把非常精确的“基因剪刀”,能够找到 DNA 的特定位置,然后进行剪切、替换或者插入新的基因片段。这项技术之所以这么令人兴奋,就是因为它的精准度极高,理论上可以精确地修改引起疾病的基因。但是,现在这项研究告诉我们,它的“眼睛”可能并不像我们想象的那么锐利,有时候会“看走眼”,在目标基因之外的地方也动了手脚。

这项研究最令人担忧的地方在于,它揭示的不是少数个别的 RNA 脱靶突变,而是“大范围”的。这意味着,在进行基因编辑的时候,除了我们想要修改的那个目标 DNA 序列之外,在很多其他的 RNA 分子上,也可能发生了意想不到的改变。这里的“RNA”大家可以理解成是 DNA 信息的“信使”,它负责把 DNA 的指令传递出去,让细胞知道该做什么。如果这个信使本身被改了,那么最终生产出来的蛋白质,也就是细胞的“工人”,可能就会出错,导致各种各样的后果。

研究的细节也挺有意思。科学家们发现,CRISPR 的一种关键组件,也就是那个负责识别和切割 DNA 的蛋白质(通常是 Cas9),在进行切割动作时,它的活性并不是完全局限于 DNA 上。它可能会“误闯”到 RNA 的世界里,对 RNA 进行加工。更棘手的是,这种“脱靶”效应似乎还不是单一的,而是会发生在相当多的 RNA 分子上。这意味着,一次基因编辑操作,可能在细胞里引发连锁反应,产生大量的“错误信息”,这些信息可能最终导致生产出功能异常的蛋白质,进而影响细胞的正常生理功能,甚至可能诱发新的疾病。

那么,这会对我们有什么影响呢?

首先,安全性问题被大大提升了。我们一直以来都对 CRISPR 的安全性保持谨慎,但这项研究的出现,无疑给这份谨慎加了码。如果基因编辑的脱靶效应如此普遍,那么我们在用它来治疗遗传性疾病时,就必须考虑这些潜在的长期风险。会不会因为一次成功的基因编辑,反而给患者带来新的、更难以预测的健康问题?这是需要我们必须认真评估和解决的。

其次,治疗的可预测性下降。我们希望基因编辑能够精确地修正致病基因,但如果编辑过程中伴随着大范围的 RNA 脱靶,那么最终的治疗效果就变得不那么可预测了。我们无法完全确定,在基因被“修正”的同时,身体的其他功能是否也受到了不利的影响。

再者,技术发展需要新的突破。这项研究也给 CRISPR 技术的发展指明了方向。我们需要开发更精准、更少脱靶的基因编辑工具。可能需要改进蛋白质的设计,让它们更专注于 DNA,或者开发新的识别机制,确保只有在目标 DNA 位置上才激活。另一方面,可能也需要开发更灵敏的检测技术,能够在基因编辑后,快速准确地筛查出所有的 RNA 脱靶事件,从而评估治疗的安全性。

当然,我们也不能因此就全盘否定 CRISPR 的价值。毕竟,这项技术仍然是目前最有潜力的基因疗法之一。这项研究更像是给我们在前行道路上亮起的一盏警示灯,提醒我们要更加谨慎、更加深入地去了解和优化这项技术。它激励着科学家们去寻找更安全的解决方案,去完善我们的认知。

总的来说,这项研究揭示的 CRISPR 介导的 RNA 脱靶突变问题,是对我们当前基因编辑能力的一次重要“体检”。它告诉我们,在追求技术突破的同时,对细节的关注和对潜在风险的评估同样至关重要。未来,我们需要在提高 CRISPR 的精准度、开发新的编辑工具以及建立更完善的安全评估体系等方面,付出更多的努力和智慧。这不仅仅是技术层面的挑战,更是对我们如何负责任地应用强大科技的深刻反思。

网友意见

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标题党害死人啊,昨天晚上票圈里好些人转了这个推文

这个发现不是针对常规的CRISPR/Cas9技术,而是就这两年发现的一种Cas蛋白-gRNA介导的碱基编辑的技术,认为其存在着广泛的脱靶效应。

经典的CRISPR/Cas9技术类似于一段RNA定位到目标位置之后,用一个cas蛋白,像剪刀一样的把目标剪开,再借助同源修复或者别的修复,把这个剪开的接回去,接回去的过程中完成基因编辑。但是最近发现的这个技术,本质上不是把目标序列剪开,他用的Cas蛋白甚至是不具有DNA切割的能力的,而是借助另一种酶直接实现对目标碱基的改变,可以直接把C改成T,或者A改成G,具体机理是这样的:

这个技术同样存在PAM,存在编辑窗口,感兴趣的可以具体去看这篇文献

具体怎么评价,我只能说当时上课讲到这个的时候就觉得不靠谱,但是如果能限制APOBEC1的活性以及空间分布,这个技术也不一定就凉了。总的来说在基因编辑领域,越新的技术出幺蛾子的概率越高,Cas蛋白-gRNA介导碱基编辑技术,如果我没记错的话17年左右才开始出现的,一年多的时间发现脱靶什么的太正常了,不要大惊小怪的。

其实就算不脱靶,同义突变之后的序列的mRNA活性,以及其与一些lncRNA的互作都会受影响,所以临床的大范围的应用早得很呢


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说来惭愧,昨天和同学刚讨论过这新发现,看到TL上出现了这个问题就强答了,其实没好好看完那篇文献 。回答里 @麻瓜 解释的非常清楚,大神收下膝盖hhh

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Nature这篇文章分两步,第一步告诉大家目前常用的基因编辑工具CBE(Cytosine Base Editor,胞嘧啶单碱基编辑器)除了修改DNA外,大量修改RNA,造成脱靶;第二步,改造CBE,RNA脱靶降低上千倍,解决了问题。

这里的CBE,指的是拿Cas9的蛋白骨架,融合胞嘧啶脱氨酶APOBEC产生的新酶。sgRNA引导Cas9去特定的基因组位置;APOBEC把DNA上的C变成T。两者融合,可以定点改造基因。

但其实APOBEC原本在人体主要负责把RNA上的C变成U,本身主要是个编辑RNA的酶(少数编辑DNA)。当时为了把它应用到DNA上,挑选了可以编辑DNA的APOBEC,做成目前版本的CBE。CBE的RNA编辑活性究竟有没有完全去除,还是个问题。

Nature这篇文章就是告诉大家,CBE的确会造成RNA脱靶,但这个问题被修复了。

这篇文章通讯作者是Editas联合创始人之一J. Keith Joung。Editas公司就是搞基因编辑的,CBE的RNA脱靶问题,早晚有人会发现,自然得解决问题。这次自己发文章优化了CBE,Editas股价还会大跌,有点意思。话说……股价有涨有跌才能赚钱么(手动微笑)。

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