[科学技术]小巧又高效 这把新“魔剪”能成为基因治疗“理想型”工具吗

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侯科技日报记者

在crispr/cas9基因编辑治疗中，小型基因编辑工具可以将aav病毒携带到体内，是基因治疗的理想工具。不同类型的基因编辑工具是否适合基因治疗，取决于这种神奇剪刀的基因大小能否携带aav病毒载体。

最近，王永明复旦大学课题组和汪鸿雁课题组发现了一种来自金黄色葡萄球菌的小型基因编辑工具，并将其命名为sauricas9。这个精致的“剪刀”可以编辑和经典spcas9一样多的基因组基因座，但比另一个小的基因编辑工具sacas9更多。该研究成果填补了我国在识别小型crispr/cas9工具领域的空空白。新的小型基因编辑工具的发现，弥补了现有基因编辑工具的不足。相关的研究结果最近发表在公共科学图书馆的在线版《生物学》上

具有活动和编辑范围的优点

第三代基因编辑技术Crispr将基因治疗的研究推向了一个新的高度。在自然界中，crispr/cas9系统是细菌的免疫系统。首先，将入侵噬菌体和质粒dna的片段整合到crispr中，然后表达相应的crispr rna(crrna)以指导同源序列的降解，从而提供免疫。王永明告诉《科技日报》记者，crispr/cas9技术主要面临两个核心问题，一是如何避免跑题，二是如何扩大编辑范围。新的小规模基因编辑工具的发现主要集中在后者的研究上。

与其他小基因编辑工具相比，sauricas9相当于一把灵活锋利的小“剪刀”，可以包装在aav病毒中，活性高，可以实现比之前发现的小基因编辑工具更大的编辑范围。经aav病毒包装后，sau lica 9已在多种细胞类型中被编辑，表明sau lica 9具有基因治疗的潜力。

“sauricas9基因大小为3100个碱基对，与另一种小型基因编辑工具sacas9的大小差不多，比spcas9小1000个碱基对。Sacas9比spcas9小很多，但编辑范围没有spcas9大。”王永明说sacas9源自金黄色葡萄球菌，是基因治疗研究中使用的第一个小型基因编辑工具。另外还有三个小的编辑工具，nmcas9，nme2cas9，cjcas9，但是编辑效率低。Spcas9来源于化脓性链球菌，但不能包装在aav病毒中，很难用于基因治疗。

基因编辑工具的来源不同，基因编辑的范围和效率也不同。Spcas9是所有基因编辑工具中效率最高的，编辑范围也很大。“saucica 9可以用两个连续的G序列进行编辑，而sacas9需要四个碱基组合进行编辑，因此出现频率低，编辑范围没有saucica 9大。”王永明说。

王永明的研究小组在公共数据库中测试和验证了30种不同的crispr/cas9，发现另外29种cas9不适合基因编辑，只有sauricas9具有编辑活性，适合作为基因编辑治疗的工具。

用于药物靶标的高通量筛选

Crispr/cas9系统由两个元件组成，即cas9核酸内切酶和导向rna(grna)。grna引导cas9蛋白在靶位点切割形成dna双链断裂(dsb)。当细胞的修复系统修复双链断裂的dna时，突变会在固定的点发生，这就是所谓的基因编辑。过去spcas9通过与氨基酸融合实现碱基转换。在发现sauricas9后，研究小组将其与氨基酸融合，制作了两个新的碱基编辑器-sauri ca 9 be 4 max和sauricas9abemax，可以分别实现c-t或a-g碱基转换。“因为sauricas9可以识别更多的站点，所以它的编辑器的修复范围相应比sacas9大。”王永明说。

crispr/cas9技术的安全性也是科学家研究的重点，这通常与基因编辑工具的准确性有关。根据王永明的说法，基因治疗可以分为两种方式，一种是将细胞从体内分离出来，在体外纠正突变，然后将它们送回体内。另一种治疗方法是将crispr/cas9系统直接导入体内治疗疾病。但crispr/cas9技术可能会造成离靶修改，带来不可预知的风险。

sauricas9的精度在spcas9和sacas9之间。sacas9的准确率更好，说明更安全。研究小组将sauricas9部分序列与sacas9基因序列进行交换，获得嵌合cas9，既保证了准确性，又扩大了编辑范围，进一步优化了基因编辑工具。

在后续研究中，王永明的研究小组还将测试和验证新基因编辑工具的安全性，并扩大其在高通量筛选中的应用。“人类大约有2万个基因。这2万个基因可以用crispr/cas9敲除。敲除过程可以高通量实现，从而可以快速研究这些基因的功能，为药物研发提供靶点。”王永明介绍道。