优化“基因魔剪”可极大减少突变

CRISPR-Cas9基因编辑技术虽然强大，但其存在的副作用，如不必要的突变和细胞毒性，一直是科研人员关注的焦点。在最近一期《自然生物医学工程》杂志上，日本九州大学和名古屋大学医学院的科研团队公布了一项重大突破：他们研发出了一种优化的基因组编辑方法，显著减少了突变，为遗传疾病的治疗铺设了更为有效的道路。

以CRISPR-Cas9为核心的基因组编辑技术，其缺陷中突出的便是突变和脱靶效应。这种现象往往源于酶对含有与目标位点相似序列的基因组位点的定位偏差。更糟糕的是，染色体水平的突变在癌症基因治疗的临床试验中造成了阻碍，甚至导致正在尝试治疗肌肉营养不良的患者遭遇不幸。研究团队推测，当前使用的Cas9编辑方案可能引发DNA的过度切割，从而导致这些不必要的突变。

为了验证这一假设，研究团队在小鼠细胞中构建了一个名为“AIMS”的系统，该系统精细地评估了每条染色体上Cas9的活性。结果揭示，常规方法具有极高的编辑活跃度，这种高活跃度正是导致副作用的罪魁祸首。团队发现，在gRNA的5'端延伸额外的胞嘧啶是一种有效的策略，能够抑制过度活跃并精准控制DNA的切割。

新技术带来了显著的进步：减少了脱靶效应和细胞毒性，提高了单等位基因选择性编辑的效率，并改善了DNA双链断裂修复中常用的同源定向修复机制的效率。

为了在实际医学环境中验证其有效性，研究团队选择了一种名为进行性骨化性纤维发育不良的罕见疾病进行研究。他们成功创建了与人类版本相同的基因的小鼠模型。接着，他们利用患者来源的诱导性多能干细胞，精确地修复了导致疾病的相关等位基因中的单个核苷酸。这一成果充分证明了该技术用于基因治疗的安全性和有效性。

该团队还构建了首个描述基因组编辑模式与Cas9活性之间相关性的数学模型。这一模型允许用户在整细胞群体中模拟基因组编辑的结果，从而预测并优化编辑过程。这一重大突破意味着研究人员能更高效地确定Cas9基因编辑过程，大大减少所需的成本和劳动力。

这项优化技术的问世为基因治疗领域带来了全新的曙光。未来，我们有望见证一个遗传疾病得到根本治疗的新时代。