研究人員在觀察胚胎培養(yǎng)情況。 中科院神經(jīng)科學(xué)研究所供圖

■本報(bào)見習(xí)記者 何靜 程唯珈 記者 黃辛

“漸凍人”（運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元癥）、“玻璃娃娃”（成骨不全癥 ）、“月亮孩子”（白化病）、地中海貧血……各種各樣的罕見病一直因發(fā)病率低而缺乏有效的治療方案，給患者和家庭帶來無限的痛苦。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球有7000多種罕見病，其中80%的罕見病是單基因遺傳病。近年來，隨著基因編輯技術(shù)的逐漸成熟，基因治療被人們寄予厚望。

然而，基因治療的風(fēng)險(xiǎn)不可低估，其中“脫靶效應(yīng)”是基因編輯技術(shù)最大的風(fēng)險(xiǎn)來源。

近日，中科院神經(jīng)科學(xué)研究所、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心楊輝研究組與中科院馬普計(jì)算生物學(xué)研究所、中國農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所及美國斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)出一種名為GOTI的全新的檢測基因編輯工具脫靶技術(shù)。該技術(shù)可精準(zhǔn)客觀地評估基因編輯工具的脫靶率。該研究于3月1日在線發(fā)表于《科學(xué)》。

難題：

如何有效檢測基因編輯工具的安全性

CRISPR/Cas9是廣受關(guān)注的新一代基因編輯工具。學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，基于CRISPR/Cas9及其衍生工具的臨床技術(shù)將為人類的健康作出巨大貢獻(xiàn)。然而，基因編輯工具“脫靶”風(fēng)險(xiǎn)也一直備受關(guān)注。若將其應(yīng)用于臨床，“脫靶效應(yīng)”可能會(huì)引起包括癌癥在內(nèi)的很多種副作用。

中科院神經(jīng)科學(xué)研究所研究員楊輝在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示，臨床技術(shù)對于潛在風(fēng)險(xiǎn)和副作用的容忍度極低，因此一種能突破之前限制的脫靶檢測技術(shù)，將成為CRISPR/Cas9及其衍生工具能否最終走上臨床的關(guān)鍵。

“其實(shí)，過去人們推出過多種檢測脫靶的方案，但這些方法都存在局限性。傳統(tǒng)上，對脫靶的檢測依賴于算法預(yù)測，靠不靠譜無人得知；或依賴于體外擴(kuò)增，但這個(gè)會(huì)引入大量的噪音，會(huì)導(dǎo)致檢測的精確度大打折扣。”楊輝說。

由于不能高靈敏度地檢測到脫靶突變，尤其是單核苷酸突變，因此關(guān)于CRISPR/Cas9及其衍生工具的真實(shí)脫靶率一直存在爭議。

然而，任何科學(xué)技術(shù)歸根結(jié)底都需要服務(wù)于全人類，尤其像基因編輯這樣的神奇技術(shù)。想要有效地操縱這把“上帝的手術(shù)刀”，還得給它做個(gè)全方面的體檢。

突破：

GOTI技術(shù)精準(zhǔn)捕捉“脫靶”逃兵

要提升檢測脫靶效應(yīng)的精度，就必須徹底顛覆原有的脫靶檢測手段。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)人員建立了一種名叫GOTI的脫靶檢測技術(shù)。“我們在小鼠受精卵分裂到二細(xì)胞期時(shí)，編輯一個(gè)卵裂球，并使用紅色熒光蛋白標(biāo)記。小鼠胚胎發(fā)育到14.5天時(shí)，將整個(gè)小鼠胚胎消化成為單細(xì)胞，利用流式細(xì)胞分選技術(shù)并基于紅色熒光蛋白，分選出基因編輯細(xì)胞和沒有基因編輯的細(xì)胞，然后通過全基因組測序比較兩組差異。這樣就避免了單細(xì)胞體外擴(kuò)增帶來的噪音問題。”中國農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員左二偉告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)組和對照組來自同一枚受精卵，理論上基因背景完全一致，因此直接比對兩組細(xì)胞的基因組，其中的差異基本就可以認(rèn)為是基因編輯工具造成的。這樣便能發(fā)現(xiàn)此前脫靶檢測手段無法發(fā)現(xiàn)的完全隨機(jī)的脫靶位點(diǎn)。

隨后，該團(tuán)隊(duì)將成功建立的GOTI投入基因編輯技術(shù)脫靶檢測。

實(shí)驗(yàn)人員先是檢測了最經(jīng)典的CRISPR/Cas9系統(tǒng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)良好的CRISPR/Cas9并沒有明顯的脫靶效應(yīng)。但是，同樣被寄予厚望的CRISPR/Cas9衍生技術(shù)BE3則存在非常嚴(yán)重的脫靶，而且這些脫靶大多出現(xiàn)在傳統(tǒng)脫靶預(yù)測認(rèn)為不太可能出現(xiàn)脫靶的位點(diǎn)。

楊輝建議，人們應(yīng)冷靜地分析一些新興技術(shù)的安全性。這些脫靶位點(diǎn)有部分出現(xiàn)在抑癌基因上，因此經(jīng)典版本的BE3有著很大的隱患，目前不適合作為臨床技術(shù)。

未來：

完善基因編輯治療手段、建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

楊輝告訴記者，團(tuán)隊(duì)接下來將進(jìn)一步檢測BE3除導(dǎo)致異�；�因突變外還可能存在的其他問題，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)法改進(jìn)這個(gè)系統(tǒng)，從而建立一種不會(huì)脫靶，也沒有其他風(fēng)險(xiǎn)的單堿基突變技術(shù)。

中科院馬普計(jì)算生物學(xué)研究所研究員李亦學(xué)表示，最新工作建立了一種在精度、廣度和準(zhǔn)確性上遠(yuǎn)超之前的基因編輯脫靶檢測技術(shù)，顯著提高了基因編輯技術(shù)的脫靶檢測敏感性，有望借此開發(fā)出精度更高、安全性更好的新一代基因編輯工具。

“我們希望未來可基于這項(xiàng)新技術(shù)，制定一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。凡是進(jìn)入臨床的基因編輯技術(shù)，必須經(jīng)過這套系統(tǒng)的檢驗(yàn)才能證明其安全性，以便讓這個(gè)領(lǐng)域有序、健康地發(fā)展下去。”他說。

中科院院士、中科院神經(jīng)科學(xué)研究所所長蒲慕明認(rèn)為，該技術(shù)針對基因編輯的安全性問題，“有了它，便可以更加客觀、可靠地評估基因編輯工具的脫靶率”。

針對該技術(shù)在單堿基編輯工具BE3中發(fā)現(xiàn)的重大“安全隱患”，蒲慕明表示：“這能讓我們重新審視基因編輯技術(shù)的安全性，但不是說這項(xiàng)技術(shù)不能再開展基因治療了。正是因?yàn)橐呀?jīng)建立新的檢測技術(shù)，我們才知道如何去修正、改善BE3，從而開發(fā)安全性更高的新一代基因編輯工具，造�；颊�。”