基因疗法的脱靶突变，有了破题的解法？

文/陈根

基因疗法作为一种可以实现治疗性蛋白的长期表达和组织特异性表达的治疗方法，能够实现治疗传统药物不能治疗的疾病，或大幅改善治疗疾病的方式。其中，基因疗法的CRISPR能帮助研究人员快速有效地对基因组进行有针对性的切割。它的特异性和易用性使其成为了颇具潜力的工具，可用于去除缺陷基因，治疗遗传疾病或癌症，编辑作物的基因组增加其产量或抗病性等。

然而，CRISPR也存在其技术的限制：CRISPR不仅在其目标位置切割，而且在具有相似序列的非预期位置上也会进行切割，这就造成了脱靶。这些脱靶切割可能发生在整个基因组中，导致产生损害细胞功能或直接杀死细胞的有害突变。

因此，CRISPR技术存在的脱靶风险是影响CRISPR技术能否广泛应用的主要限制因素，如何正确评估及降低脱靶效应是当前亟待解决的问题。现在，得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员已经确定了驱动这些错误的蛋白质的一个以前未知的结构，并对其进行了调整，将脱靶突变的可能性降低至原来的1/4000。其研究结果已发表于《自然》。

具体来看，首先，要知道CRISPR工具使用某些蛋白质，最常见的是Cas9，对活细胞中的特定DNA序列进行精确编辑。这可能涉及切断有问题的基因，如那些导致疾病的基因，和/或插入有益的基因。通常情况下，Cas9蛋白正在寻找DNA代码中20个字母的特定序列，但如果它发现20个字母中有18个与它的目标相匹配，它可能还是会进行编辑。

于是，为了找出这种情况发生的原因，研究团队使用了低温电子显微镜观察Cas9在与不匹配的序列相互作用时的情况。结果发现，在Cas9在与不匹配的序列相互作用时，一个奇怪的手指状结构伸出来，稳定了DNA序列，这才导致蛋白质仍然可以进行编辑。

在发现这一机制后，研究小组对这一手指状结构进行了调整，使其不再稳定DNA，而是推离它。这阻止了Cas9编辑该序列，使该工具产生脱靶突变的可能性降低至原来的1/4000。该团队称这种新蛋白为SuperFi-Cas9。

当然，到目前为止，SuperFi-Cas9 仅在试管中的 DNA 中进行了测试，但研究人员接下来计划将其用于活细胞中的基因编辑，以改进CRISPR，使其在医学和生物技术应用中更安全铺平道路。