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科技日報記者 張佳欣

CRISPR-Cas9基因編輯過程存在副作用，包括不需要的突變和細胞毒性。據10日發表在《自然·生物醫學工程》雜志上的論文，日本九州大學和名古屋大學醫學院的研究人員開發出一種優化的基因組編輯方法，可極大地減少突變，從而更有效地治療遺傳疾病。

圖片來源：物理學家組織網

以CRISPR-Cas9為核心的基因組編輯技術的缺點之一是突變和脫靶效應。這通常是由于酶靶向具有與目標位點相似序列的基因組位點引起的。同樣，當基因改變時，會發生染色體水平的突變，這阻礙了癌癥基因治療的臨床試驗，甚至導致正在接受肌肉營養不良治療的患者死亡。研究小組假設，目前使用Cas9的編輯方案會導致DNA過度切割，從而導致一些突變。

為了驗證這一假設，研究小組在小鼠細胞中構建了一個名為“AIMS”的系統，該系統分別評估了每條染色體上Cas9的活性。結果表明，常用的方法具有非常高的編輯活躍度，這種高活躍度會導致一些副作用。他們發現，將額外的胞嘧啶延伸至gRNA的5"端是有效的，可有效抑制過度活躍，并允許控制DNA切割。

新技術減少了脫靶效應和細胞毒性，提高了單等位基因選擇性編輯的效率，并提高了DNA雙鏈斷裂修復最常用的同源定向修復機制的效率。

為了在醫學環境中測試其有效性，研究人員調查了一種名為進行性骨化性纖維發育不良的罕見疾病。使用小鼠模型，他們創造出與人類版本相同的基因。然后，使用患者來源的誘導性多能干細胞，他們能修復損傷，精確到導致疾病的相關等位基因中的單個核苷酸，這證明了該技術用于基因治療的安全性和有效性。

團隊還構建了各種基因組編輯模式與Cas9活性之間相關性的首個數學模型，使用戶能夠在整個細胞群體中模擬基因組編輯的結果。這一突破使研究人員能夠確定效率最大化的Cas9基因編輯過程，從而減少所需的巨大成本和勞動力。

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