CRISPR基因编辑可能比科学家认为的更严重

像分子忍者一样，基因组编辑工具CRISPR-Cas9切割DNA的超特异性片段以切除不需要的遗传密码。它是一种精确而有前途的遗传编辑方法，广泛应用于科学研究。科学家希望有朝一日可以选择性地去除导致艾滋病，镰状细胞病和癌症等医学问题的基因。

不幸的是，今天(7月16日)发表在“自然生物技术 ” 杂志上的一项新研究表明，这一天可能会超出预期 - 并且CRISPR的细胞剑法可能会导致比以前想象的更多的附带损害。

在使用CRISPR编辑小鼠和人类来源细胞中的DNA时，研究作者发现，大量的DNA无意中被删除，重新排列，并且突然发生突变，导致细胞在大约15%的病例中丧失功能。

该研究的作者艾伦·布拉德利(Allan Bradley)是英格兰Wellcome Sanger研究所的高级组长和名誉主任，该研究提供了迄今为止对CRISPR操作引起的潜在遗传损伤的最系统和严格的推算。他说，结果可能是重新考虑该技术在临床环境中使用的原因，直到可以进行进一步的研究。

“CRISPR不如我们想象的那么安全，”布拉德利告诉Live Science。“DNA修复过程并非100%万无一失，而且可能存在需要进一步研究的问题。”

破解代码(打开)

当您描绘DNA时，您可能会想到一个双螺旋 - 一个带有遗传信息的扭曲的，梯状的字母序列。梯子的每个梯级由两个连接的核苷酸(微小的有机分子)组成，称为碱基对。您的完整基因组包含大约30亿个这些碱基对，分为23对染色体，这些染色体存在于您身体的每个细胞中。

这些碱基对的精确顺序构成了您独特的遗传密码。该代码中的突变 - 比如，如果碱基对缺失或颠倒 - 可导致各种基因失去其功能，有时导致遗传性疾病，如囊性纤维化，血友病和许多类型的癌症。

CRISPR被设计用于通过用称为Cas9的手术刀样酶切割靶向的DNA序列来消除这些超特异性遗传缺陷。Cas9在指定的位置切断DNA后，DNA片段自然会开始自我修复。通过这种方法，可以迅速去除问题基因，并且有时甚至可以在DNA再次密封自身之前将定制的基因序列添加到断裂位点。

Bradley先前表示，以前对CRISPR的研究并没有显示出由这种精确的切片作用引起的许多无法预见的基因突变，但这些研究可能看起来不够努力。

布拉德利说：“[CRISPR诱导突变]的后果可能远离断裂位点数百万碱基对。”

在他们的新研究中，Bradley和他的同事使用CRISPR编辑了一系列源自小鼠的干细胞，然后系统地观察细胞的DNA碱基对，从切割位点移动得越来越远。通过这种一丝不苟的方法，研究人员发现，大约15%的研究细胞发生了突变，导致它们失去了功能。

“在最简单的形式中，这些突变是大量DNA的缺失，”Bradley说(在某些情况下，被CRISPR操纵后，数千个DNA碱基对缺失)。“但也有更复杂的版本。”

例如，布拉德利说，该团队检测到遗传密码序列被“加扰”或向后插入链中的情况。在某些情况下，应该已经有数千碱基对的长DNA序列被无意中缝合到CRISPR切割位点。在其他情况下，切割位点附近的代码序列 - 有些位于数百万个碱基对之外 - 同样发生变异。

在观察细胞DNA的许多不同位置后，研究小组转向其他类型的细胞，包括在实验室中培养的人源干细胞，以确定是否重复了损伤模式。他们的观察结果保持一致：大约15%的CRISPR操纵细胞被戏剧性地无意中突变。

随机剪切

最终，这些突变的确切后果很难估计，因为不同类型的细胞使用不同的操作来修复它们的DNA。

“因为你有一个重新加入DNA的随机修复过程，我认为当你看到数十亿个不同的事件时，任何事情都有可能发生，”布拉德利说。

那么，这对未来的CRISPR研究意味着什么呢?对布拉德利来说，这项研究的结果不应该使CRISPR-Cas9成为一种有前景的遗传研究工具，但在考虑在临床环境中使用基因编辑工具时，应该让科学家保持谨慎。

来自Memorial Sloan Kettering癌症中心的研究员玛丽亚·贾斯林(Maria Jasin)表示同意。“这项研究表明，在临床上使用CRISPR-Cas9之前，还需要进一步的研究和特异性检测，”Jasin在一份声明中说。