研究人员发现破坏CRISPR-Cas9基因编辑的机制

CRISPR-Cas9的发现使基因编辑变得非常容易。不幸的是，最近发现分子工具不如先前假设的那么精确。它可能导致细胞DNA中不需要的突变。代尔夫特理工大学的研究人员现已确定了一种在CRISPR-Cas9使用不当时导致此类突变的机制。这可能导致休眠基因表达，这可能是非常危险的。研究人员根据他们的发现创建了一份清单。使用此清单可防止有害机制被激活，并使用CRISPR-Cas9进行基因编辑更安全。

与许多生物体一样，人类细胞含有每个染色体的两个拷贝：每个亲本一个。这些染色体拷贝几乎相同，但它们在许多基因中含有很小的差异。小的变化导致个体之间的遗传差异。为每条染色体备份可能听起来像是一件好事。然而，代尔夫特理工大学的研究人员发现它与基因编辑工具CRISPR-Cas9结合会引起问题。“当CRISPR-Cas9用于靶向人类等杂合生物中的单个染色体时，自然修复机制就会被激活。”研究员Jean-Marc Daran博士说。“事实证明，这种机制使用染色体的另一个拷贝作为修复其DNA的模板。”

基因组编辑

通常，使用CRISPR-Cas9的基因编辑专家可以通过引入新的DNA序列来改变细胞的部分基因组。Cas蛋白在目标点切开DNA，之后细胞有望使用这一新的遗传物质修复其DNA。因此，可以引入新基因。“当然，当修复机制使用另一条染色体作为模板而不是新引入的DNA串时，编辑将不会成功”，Daran说。由于使用其他染色体的修复效率更高，因此几乎不会使用预期的DNA片段进行修复。更糟糕的是，可能会发生杂合性的丧失，这会导致严重的健康后果。休眠的疾病基因可能会表达，例如可能导致癌症的基因。

意外发现

这种阻断基因编辑的修复机制的发现是偶然的，科学中经常出现这种情况。Arthur Gorter de Vries，博士。代尔夫特理工大学的候选人正在研究酿酒酵母的研究。他试图确定酿酒酵母的驯化最终如何导致啤酒生产商现在使用的现代酵母菌株。“我试图去除某种基因以确定其功能。”，Gorter de Vries说。“奇怪的是，我无法确认我是否成功移除了这个基因。我也注意到这些细胞表现不正常。” Gorter de Vries只针对酵母中的一条染色体。 他试图去除的DNA。

有害的突变

虽然这种新发现的机制可以防止基因编辑成功，甚至可以导致有害的突变，但这只发生在杂合体中。“更重要的是，如果只有一条染色体是针对编辑而不是两者都有，那么修复机制才会变得活跃”，Daran说。还有一些其他因素需要考虑，这就是为什么研究人员已经创建了安全编辑杂合生物中DNA的指南。他们的研究结果，包括指南，已发表在Nucleic Acids Research上。