基因編輯技術的最新進展是什么？ _基因

以這兩年CRISPR基因編輯技術研究進展來看，最重大的研究進展就是可以實現對DNA單個堿基的編輯。之前的CRISPR基因編輯技術只能對DNA靶序列進行隨機插入和缺失。超過6萬個基因變異與人類疾病有關，其中近3.5萬個基因變異是由一個DNA堿基錯誤引起的。近兩年基因編輯技術的重大改進，就是可以糾正這種點突變，不僅是在DNA中，也在RNA上。

哈佛大學David Liu 實驗室在2016年在nature發表“Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage”實現單堿基編輯。作者對Cas9蛋白進行了改造，使其仍能結合到目標靶位點DNA序列，但是不會對DNA進行切割。通過在Cas9上融合一個胞嘧啶核苷脫氨酶，可以將胞嘧啶（C）轉換成尿嘧啶（U）。該堿基編輯系統能高效地矯正各種在小鼠和人類細胞系中存在的和人類疾病相關的點變異，在永久修正細胞DNA占總細胞比例15-75%，indel形成不到1% 。

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在今年10月末，David Liu 實驗室繼續在nature發表“Programmable base editing of A?T to G?C in genomic DNA without DNA cleavage”，實現了單堿基編輯將A?T堿基對編輯成G?C堿基對。作者通過蛋白質工程對大腸桿菌E Coli的腺嘌呤脫氨酶E. coli TadA（ecTadA）進行了進化改造，人工進化得到能夠對正常雙鏈DNA上腺嘌呤進行脫氨的腺嘌呤脫氨酶。腺嘌呤脫氨酶能夠將腺嘌呤A脫氨轉變為次黃嘌呤I，I在被細胞識別的時候識別為G，因此被復制或者修復的時候就實現A?T堿基對轉換成G?C 。TadA, Cas9外加guide RNA就組成了一個腺嘌呤堿基( adenine base editor，ABE)編輯系統，在人類T細胞中實現A-T堿基轉化為G-C堿基對（50%編輯效率），indels率0.1%左右。

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此外，CRISPR技術先驅張鋒研究組今年10月分別在science和nature發表了兩篇關于cas13酶家族的文章，RNA editing with CRISPR-Cas13和RNA targeting with CRISPR–Cas13 。在Prevotella菌中分離得到了PspCas13b酶，開發了CRISPR新系統RNA Editing for Programmable A-to-I replacement“REPAIR”，重新設計改造了PspCas13b，不能切割RNA但是可以結合在特定的靶序列RNA 。同時，利用ADAR2蛋白對靶序列上腺嘌呤核苷A替換成次黃嘌呤核苷I，實現單堿基編輯。

Nature今年發表研究論文“Enhanced proofreading governs CRISPR–Cas9 targeting accuracy”指出改變修正Cas9的REC3結構域可以大幅降低CRISPR-Cas9系統的脫靶效應。

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在臨床應用方面，美，韓，中國的研究人員利用CRISPR-Cas9 基因組編輯技術修復人類胚胎中和遺傳性心臟疾病有關的變異，雖然沒有植入胚胎，但是進一步證實編輯人類生殖細胞系（卵子、精子或早期胚胎）的DNA是安全有效的。

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其他網友觀點

基因編輯技術經歷了數代更迭，隨著CRISPR技術的發展重新振興了基因編輯領域。

今年一月份，來自世界各地的科學家聚集在美國加利福尼亞州，第一屆國際剪輯編輯大會（International Conference on Base Editing）就在這里舉辦，主題范圍從基礎生物學到翻譯和應用領域，包括對所有生命王國的研究。另一個目標是為快速發展的編輯領域的新的和跨學科的合作，思想和討論提供一個異常舒適和令人興奮的氛圍。

這次會議的主角就是CRISPR技術。

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什么是CRISPR技術？它的原理是什么？

CRISPR技術是在20世紀90年代初發現的，2002年被命名為CRISPR 。CRISPR全稱是Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats（成簇的規律間隔的短回文重復序列）。CRISPR是存在于細菌中的一種基因，該基因組中含有曾經攻擊過該細菌的基因片段。

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【基因編輯技術的最新進展是什么？】具體原理：

第一階段：宿主捕獲入侵者的外源核酸序列，并將其整合到CRISPR簇的間隔區中

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第二階段：即當宿主再次檢測到入侵者時，CRISPR簇被轉錄成前體crRNA，并被加工為成熟的能夠識別tracrRNA的前體。

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第三階段：Cas9蛋白與crRNA與tracrRNA組合成CASCAD(CRISPR associated complex for antivirus defense，CRISPR相關病毒防御復合物)，識別并切割入侵者的DNA 。

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最新進展

基因編輯技術發展迅速，每年都會涌現數項novel研究技術進步。

這里介紹一篇Liu, David R.2017年的最新研究進展論文。Liu, David R.中文名為劉如謙，是哈佛大學化學與化學生物系教授。劉如謙博士還擔任美國布羅德（Broad）研究所副所長與“Richard Merkin教授”，以及霍華德-休斯醫學研究所（HHMI）研究員。

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單堿基編輯技術（Base editing）、噬菌體輔助持續進化（PACE）和以DNA為模板的化學合成（DNA-templated synthesis）是劉如謙教授實驗室最具代表性的三項前沿技術，其中單堿基編輯作為新一代基因編輯技術成功入圍《科學》雜志最終評選的2017年年度四大突破。

憑借深厚的學術造詣和豐富的教學經驗，劉如謙教授榮獲羅納德-布雷斯洛獎（Ronald Breslow Award）、純化學獎（Pure Chemistry Award）以及亞瑟-科普學者獎（Arthur C. Cope Scholar Award）等多個國際大獎，并于2017年入選《自然》全球十大科學人物。

在這篇文獻中，Liu, David R.團隊成功的實現了在基因組DNA中介導A-T到G-C轉化的腺嘌呤堿基編輯器（ABE）技術，

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與目前的基于Cas9核酸酶的方法相比，ABE可以更有效，更干凈地引入點突變，并且脫靶基因組的修飾更少，并且可以在人類細胞中安裝糾正疾病或抑制疾病的突變。與以前的基礎編輯器一起，ABE可以直接編程地引入所有四個過渡突變，而無需雙鏈DNA切割。

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胞嘧啶和5-甲基胞嘧啶的自然水解脫氨分別形成尿嘧啶和胸腺嘧啶，估計每個人每天每個細胞發生100-500次，可能導致C-G到T-A突變，約占所有已知病原性SNP的一半（圖a）。迄今為止，所有的基因編輯技術都是講C-G轉化為A-T，這這項研究中，David團隊開發出了新型的腺嘌呤積極編輯器（ABE），可將細菌和人類細胞中DNA的A-T轉化為G-C堿基對，并且具有很高的產品純度。該項技術極大的擴展了堿基編輯的范圍。

目前，David教授文章被引次數達到25563，年平均被引次數達到89.07，并且每年被引次數正在逐年升高，說明基因編輯領域越來越多的人參與，這個領域方興未艾。

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今年，David已經發了7篇Nature和Nature子刊，這讓宅家看論文的我們情何以堪。基因編輯雖然還不完美，但是一系列的突破是朝著正確的方向前進。

小伙伴們，一起加油吧！！

參考文獻：

Gaudelli, N. M. et al. Programmable base editing of A.T to G.C in genomic DNA without DNA cleavage. Nature 551, 464-+, doi:10.1038/nature24644 (2017).