基因编辑有检测风险方法啦！上海科学家建立GOTI：让脱靶无处隐藏

“基因编辑安全吗？”这个问题从基因编辑技术诞生那天起，就一直困扰着这个领域。尽管它被寄予治愈人类诸多罕见病、遗传病的厚望，但科学家在过去几十年中，始终难以给出令人满意答案的问题。这也成为制约该领域向临床发展的一大瓶颈。

最近，上海科学家发明了“GOTI”技术，能够排查出细胞里所有DNA被基因“剪刀”修改过的痕迹，由此精准评估出各种不同基因编辑技术的脱靶风险，把住安全关口。相关论文今天凌晨在线发表于美国《科学》杂志，运用该技术，科学家在世界上首次证实了第四代基因编辑技术胞嘧啶单碱基编辑存在大量脱靶风险。为此，全球有多个使用该技术的项目，在即将拿到临床批件的关头紧急“刹车”。

脱靶，基因编辑技术说不清的安全隐患

全球有7000多种罕见病，80%是单基因遗传病。理论上，用基因编辑技术就能方便“纠正”大自然的错误，还数以亿计的病人以健康。可迄今为止，只有寥寥两三种基因编辑技术走到了临床试验阶段。

脚步缓慢，是因为这类技术的安全性无法明确验证。1999年，美国一位18岁患者，接受基因治疗后意外死亡，由此导致了基因治疗临床研究的十年“寒冬”。

目前，只有成熟体细胞可以用于疾病治疗。所以，要治愈一种遗传病，往往需要对几万亿个细胞进行基因编辑，如果编辑不够精准，其中只要有几万个细胞出错，即可引发癌症等疾病。

“所有基因编辑技术，都是利用病毒为载体，将一把把‘小剪刀’运输到细胞内。”论文通讯作者、中国科学院神经科学研究所（中科院脑科学与智能技术卓越创新中心）、上海脑科学与类脑研究中心杨辉研究员解释，“尽管有导航分子，但更多‘小剪刀’处于误打误撞状态——这就是基因编辑的脱靶。”

人类的DNA共有超过30亿个碱基，其中1.1%是基因片段，其他则可能记录着参与生命活动的其他分子的信息——任由“小剪刀”破坏，显然会对生命活动造成巨大的安全隐患。

传统的检测方法只检查科学家设定的目标区域的基因是否被准确改变，对其他区域则视而不见。“这些方法多数通过建立计算模型，对几万、几十万个细胞进行统计和筛选。”论文第一作者、杨辉课题组博士后左二伟解释，这就好比自己造个筛子，对这些检测数据进行筛选，如果筛子造得不合适，就会漏过很多本该发现的问题。

全基因组排查，为基因编辑技术建“安全标准”

怎样才能精准检测出基因编辑的脱靶率？2017年的一个下午，杨辉与左二伟在讨论这个问题时，忽然想到了另一条路径：检测一个基因编辑过的细胞中所有DNA序列，并与正常细胞进行比对。

▲杨辉（中）与左二伟（左二）等研究组学生一起探讨问题

可知易行难，在30亿个碱基中“找错”，就好像在整个中国找出十几个通缉犯。为此，课题组联合中国科学院上海营养与健康研究所隶属的计算生物学研究所、斯坦福大学、中国农业科学院深圳农业基因组研究所，共同建立起了新型脱靶检测技术“GOTI”。

科学家将刚分裂成两个细胞的小鼠受精卵分出一个细胞进行基因编辑操作，另一个保持不变。等它发育到14.5天时，再分选出编辑过和没编辑过的细胞，分别进行全基因组测序。将结果进行比对，科研人员就能很清晰地看出哪些差异是由基因编辑造成的。

杨辉说，用这种方式，可以测试出不同基因编辑技术的脱靶率，“比如，根据传统测试方法，第四代单碱基编辑技术BE3被认为是安全的，但用我们的方法测试后发现，它存在严重的脱靶效应，其对DNA造成的异常改变比正常变异超出20多倍！”

两个月前，论文的预印本在专业网站上发布。已有多个实验室重复出了同样的实验结果。原本美国已有用该技术治疗地中海贫血的医疗项目在申请临床批件，杨辉的这一实验结果一出，这些项目的审批进程立刻“刹车”。

在中国科学院院士、神经所所长蒲慕明看来，这不仅仅是发表一篇论文，而是为基因编辑领域建立安全性标准，突破了技术瓶颈，“有了这样一个标准，我们才能知道，怎样的基因编辑是安全的，这对整个领域的发展具有重要意义。”

接下来，这群科学家还将不断完善技术，并推动发展出基因编辑技术安全性检测的行业标准。目前，该技术已申请专利。

作者：首席记者 许琦敏

图片: 中科院科技摄影联盟提供
编辑：沈湫莎
责任编辑：姜澎

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