盘点：2015年基因编辑领域重磅级研究TOP10

2015年12月1-3日，在华盛顿特区召开了一次大型国际会议，人类基因组编辑的伦理学将会再次成为召开的一个的主题。这次峰会将由美国国家科学院、美国国家医学科学院、中国科学院和英国皇家学会联合组织，这次会议中各国研究人员还将对人类的基因组编辑的众多问题进行讨论；那么在即将过去的2015年里，基因编辑领域有哪些亮点研究呢？请看2015年基因编辑领域研究TOP10。

【1】Genome Biol：改进版CRISPR/Cas系统可对基因组进行高效编辑

利用CRISPR/Cas系统进行基因组编辑可以对小鼠受精卵中的小鼠基因组进行直接地修饰，从而开发出高效、快速、一步法产生，且不携带胚胎干细胞的基因敲除小鼠，相比有针对性地进行靶向基因剔除，即进行靶向基因插入的技术而言，这种利用CRISPR/Cas系统介导的基因组编辑技术目前而言仍然是一项比较艰巨的任务。

近日，来自东京医科牙科大学的研究人员在国际杂志Genome Biology上刊登了其最新的研究成果，他们通过开发一种高效的CRISPR/Cas系统克服了当前的研究障碍，这种技术可以实现较长基因盒的靶向插入，包括在受精卵中以高达50%的效率将增强绿色荧光蛋白插入到小鼠的基因组中。

文章中，研究人员再现了CRISPR/Cas系统的天然状态，其包括三种组分：Cas9蛋白、CRISPR RNA（crRNA）以及反义激活crRNA，这种新型系统取代了常见的利用两种组分的系统，即Cas9 mRNA和单一导向RNA（sgRNA）；这种改进的CRISPR/Cas系统可以提供便利高效的基因修饰，同时也可以成功传递给后代。

【2】Nature：进化中的CRISPR技术又有新突破

来自哈佛医学院和麻省总医院的研究者们在最新一期Nature杂志上发表了他们新改进的CRISPR-Cas9技术，识别序列的范围更大，识别也更为精准。文章第一作者Benjamin Kleinstiver介绍说新技术里的Cas9变种可以识别那些野生型Cas9无法修饰的人类和斑马鱼基因的位点，这使得CRISPR技术在多变的基因组里识别范围大大增加。

CRISPR-Cas9核酸酶由Cas9蛋白和20个核苷酸长的RNA分子组成。Cas9蛋白负责切断DNA双链，RNA分子用于识别目标序列，不过在目标序列旁边还要有可以被Cas9识别的protospacer adjacent motif (PAM)才能让酶发挥作用。实验室里通常使用的SpCas9来自于细菌Streptococcus pyogenes，它所需要的PAM序列一般为NGG形式，这在某种程度上限制了Cas9使用的范围。

【3】张锋Science重大突破：攻克CRISPR-Cas9基因组编辑的主要障碍

来自麻省理工学院-哈佛医学院Broad研究所和麻省理工学院McGovern脑研究所的研究人员，设计改造了革命性的CRISPR-Cas9基因编辑系统，大大减少了“脱靶”编辑错误。这一完善的技术解决了使用基因组编辑时面对的一个主要技术问题。

CRISPR-Cas9系统是通过对细胞的DNA进行精确地靶向修饰来发挥作用。借助于与靶位点序列相匹配的一段短RNA分子，Cas9蛋白可改变指定位点的DNA。尽管Cas9能够高度有效地切割它的靶位点，这一系统有一个主要的缺点：就是一旦进入到细胞中，它可以结合并切割额外的非目标位点。这有可能会造成意外的编辑，完全改变基因表达或是敲除掉某一基因，导致癌症形成或其他的问题出现。

在发表于《科学》(science)杂志上的一篇新研究论文中，张锋（Feng Zhang）和同事们报告称，在构成化脓性链球菌Cas9酶的约1，400个氨基酸中，他们通过改变3个氨基酸将“脱靶编辑”显着减少至无法检测到的水平。

【4】Nature：基因编辑引起轩然大波

坊间传闻，已经有人用精确的基因编辑技术改写了人类胚胎的DNA。为此，美国再生医学联盟的主席Edward Lanphier联合四位学者在三月十二日的Nature杂志上发表评论文章，号召研究者们暂时不要对人类生殖细胞进行基因编辑。因为用现有技术对人类胚胎进行基因编辑，可能对后代产生无法预测的后果。

“这样的技术可能被利用，进行非治疗性的基因编辑。我们担心这样的伦理问题会引起公众抗议，影响基因编辑技术在医疗领域的美好前景，”Lanphier等人指出。基因编辑技术的先驱Fyodor Urnov也是这篇文章的作者之一。

现在有许多研究团队正在尝试用基因编辑工具（尤其是CRISPR）治疗人类的基因缺陷（比如校正白细胞）。他们担心，用基因编辑制造“设计婴儿”会使这一技术遭到全方位的抵制。

【5】我国科学家基因编辑人类胚胎引争议

2015年4月24日讯/生物谷BIOON/--最近科学界一直传言有人正在进行基因编辑人类胚胎研究。而近日我国中山大学基因工程教育部重点实验室副教授黄军就及中山大学附属第一医院周灿权教授，在Protein&Cell发表了他们的课题组利用CRISPR/Cas9系统对人类胚胎基因组改造的研究结果，证实了这个传言，并由此引发了新一轮的伦理学争论。

中山大学的研究人员利用了一种“不能存活”的受精卵来进行研究。这种受精卵含有一个卵细胞和两个精子的三个细胞核，从而不能正常发育成婴儿。研究人员利用最近很火的CRISPR/Cas9系统来剪切受精卵中人的HBB基因（β-globin gene），因为HBB基因突变会导致β地中海贫血症。他们注射了86个三核受精卵，其中71个受精卵存活。在做检测的54个样品中，有28个受精卵的HBB被剪切了，而其中只有更小一部分被重组修饰了。不仅如此，非靶向的突变也出现了。

【6】基因编辑技术帮助治疗“母系”遗传病

你也许遗传了你妈妈美丽的眼神，但同时她也给了你线粒体的DNA突变，所谓母系遗传疾病的根源。一项基于小鼠的实验表示可以通过两种技术大幅降低卵子中有害DNA的风险，从而使子女能够逃避遗传类的疾病。此种方法也规避了存在伦理问题的"线粒体置换技术"-该技术会导致"三亲"型的胚胎。

尽管研究人员没有在人类胚胎中对此项技术进行试验，然而此项技术确实是"前所未有的"。来自美国南阿拉巴马大学的分子生物学家Mikhail Alexeyev认为此项试验是第一次在受精卵中进行的。

线粒体是细胞内产生能量的场所，这种细胞器含有自身的DNA，与细胞核内的大部分遗传物质相互隔离，但这并不是它们唯一的奇特之处。由于受精卵中的线粒体只能来自于卵子而非精子，所以线粒体是从母亲遗传下来的细胞器。然而，不幸的是没200个女性中就有一个携带缺陷型的线粒体DNA，她们的子女从而会得一系列致死性的疾病，比如周期性呕吐综合征、Leigh综合征等。

【7】PNAS：免疫细胞基因编辑给癌症和艾滋病带来希望

人类中的很多突变都与基因突变相关。例如，白化病是因为酪氨酸酶基因上的点突变导致酪氨酸酶功能异常，从而导致了黑色素合成障碍。还有一些病症涉及到多种基因突变导致的功能障碍。如果能够使用某种精确的基因编辑方法，修补这些基因突变，从理论上讲，就可以一定程度缓解病情。而人类T细胞的基因突变导致其功能异常，会导致很多病症的出现或者加重。

针对T细胞的基因改造，对于癌症的免疫治疗、艾滋病、免疫缺陷病、自身免疫病，都可能会带来新的希望。美国加州旧金山的科学家们使用CRISPR/Cas9系统成功精确改造了人类T细胞基因组，相关进展发表在《美国科学院院刊》。他们利用Cas9对初级淋巴细胞的成功精确改造，是基因工程治疗真正用于疾病治疗的开端，具有里程碑式的意义。

针对T淋巴细胞的基因改造的设想早已提出，并且从理论上，科学家们认为改造T淋巴细胞可能可以用于癌症等多种疾病的治疗。然而，改造T淋巴细胞的基因组并非易事，只有很少的细胞能够完成基因组编辑。基因改造系统需要敲除T淋巴细胞内的一些基因，加入一些基因进入基因组，还需要修复一些突变的基因位点

【8】Nat Methods：新技术可显著提高基因编辑准确性

近日，来自美国哈佛大学的研究人员在国际学术期刊nature methods发表了一项最新研究进展，他们开发了一种新技术能够大大推动基因组工程领域的发展，应用这一方法可以显著提高科学家们靶向特定错误基因，对其进行"编辑"，用健康DNA替换损伤遗传密码的能力。

基因组工程主要包括对基因进行靶向和特定修饰，这一过程类似于程序员编辑计算机代码，或许有一天，科学家们也可以通过DNA编辑工具将损坏的或不健康的基因替换为健康基因。这一领域在过去二十年中已经取得了巨大进步，而在可见的未来还可能为医疗发展带来革命性巨变。

目前，这一领域发展面临的一个主要问题在于如何确保工具蛋白只会影响需要修复的特定靶向基因。就现在的技术来说，绝大多数情况下工具蛋白能够结合到特定基因对其进行编辑，但科学家们仍然需要在保证基因编辑特异性方面做出共多努力。

【9】Cell：张锋团队基因编辑技术研究新突破

过去3年，CRISPR基因编辑技术成为生命科学领域的最热门研究，因为利用这种简单的手段，科学家可以方便地对感兴趣的基因进行编辑，使基因编辑从过去高大上的尖端技术变成科学家的常用武器，也给人类基因疾病的治疗带来希望。

利用这种技术，科学家已经先后成功对多种细胞，包括人类胚胎细胞进行了基因编辑。由于这种技术的简单方便，一些业余的生命科学研究爱好者都开始使用这种技术进行基因改造。几乎所有人都认为，CRISPR基因编辑技术是最有希望问鼎诺贝尔化学奖的研究。不过作为一种新技术，仍然存在一些缺陷和不足，也就是说仍然有改进的潜力。

美国著名华裔科学家MIT张锋教授团队是该领域的领先小组之一，最近发表论文提供了一种更好的CRISPR基因编辑工具，他们根据生物进化理论，在细菌蛋白库中寻找更理想的DNA切割酶，获得了成功，使该技术超更简单、更便宜、更快、更准等方向上迈进一大步。

【10】基因编辑技术让猪产生人血白蛋白

以前，大型家畜精确的基因组改造只能通过冗长和繁重克隆方法实现，不过现在这种方式将得到改变。北京蛋白质组研究中心副主任张普民及其研究团队利用CRISPR/Cas9基因修饰工具让猪的体内产生人血白蛋白，这让利用大型动物生产生物医药产品或制造牲畜菌株成为可能。相关研究论文发表于12日在线出版的《科学报告》上。

人血白蛋白（简称HSA）是人血浆中的蛋白质，其在体液内可以运输脂肪酸、胆色素、氨基酸等，并同时维持血液正常的渗透压。在临床上，人血白蛋白可用于治疗休克与烧伤，用于补充因手术、意外事故或大出血所致的血液丢失，也可以作为血浆增容剂。科研人员曾经尝试在猪体内制造出人血白蛋白，但是由于无法避免猪白蛋白的产生，这使得分离与提纯人血白蛋白具有很大挑战。

随着CRISPR/Cas9基因修饰工具的诞生，编辑基因组不再是难事。张普民及其研究团队利用该基因修饰工具对猪受精卵的基因组进行了基因编辑。他们在产生猪白蛋白的基因区域插入了人类生产白蛋白的DNA编码（又称为敲入等位基因）。为了让猪只产生人血白蛋白而不产生猪白蛋白，研究人员将敲入的等位基因位于猪白蛋白产生基因的下游。