三项研究显示大量的DNA缺失和重组增加了对基因组编辑的安全担忧。
一系列使用CRISPR-Cas9基因编辑工具修改人类胚胎的实验揭示了该过程如何在目标基因座或附近对基因组造成不必要的巨大变化。
这些研究本月发表在预印本服务器bioRxiv上，还没有经过同行评审。但综合来看，它们让科学家们对一些人所说的CRISPR-Cas9编辑的风险有了充分的认识。以前的实验表明，该工具可以将 "脱靶 "突变移出目标，但最近研究中发现的变化可能被标准评估方法所忽视。
位于堪培拉的澳大利亚国立大学的遗传学家Gaetan Burgio说："目标效应更重要，也更难消除。"
这些安全问题可能为正在进行的关于科学家是否应该编辑人类胚胎以防止遗传疾病的辩论提供参考。这个过程是有争议的，因为它对基因组造成永久性的改变，这种改变可以代代相传"。加州大学伯克利分校研究基因编辑的费奥多尔-乌尔诺夫（Fyodor Urnov）说："如果把出于生殖目的的人类胚胎基因编辑或种系编辑比作太空飞行，那么新数据就相当于发射台上的火箭在起飞前爆炸了。"他说，但没有参与任何最新研究。
研究人员在2015年首次使用CRISPR来编辑人类胚胎。从那时起，世界各地的几个团队已经探索了这一过程，目的是对基因进行精确编辑。但这样的研究仍然很少，而且往往受到严格的监管。
英国纽卡斯尔大学的生殖生物学家玛丽-赫伯特说，最新的研究强调了人类胚胎如何修复被基因组编辑工具切割的DNA，这是CRISPR-Cas9编辑的一个关键步骤。她说："在我们开始用核酸酶攻击它之前，我们需要一个基本的路线图来了解那里发生了什么，"。
伦敦弗朗西斯-克里克研究所的发育生物学家Kathy Niakan和她的同事于6月5日在网上发表了该研究的第一份预印本。在这项研究中，研究人员使用CRISPR-Cas9在POU5F1基因中制造突变，该基因对胚胎发育很重要。
在18个基因组编辑的胚胎中，大约22%的胚胎含有影响POU5F1周围DNA的不需要的突变。它们包括DNA重排和数以千计的DNA碱基的大量缺失--远远超过研究人员使用这种方法的正常预期。
另一个由纽约哥伦比亚大学干细胞生物学家Dieter Egli领导的团队，研究了由精子形成的胚胎，其中EYS基因突变导致失明。该小组使用CRISPR-Cas9试图纠正突变，但大约一半的测试胚胎失去了大量的染色体片段--有时甚至是整个染色体--EYS所在的位置。
由波特兰俄勒冈健康与科学大学的生殖生物学家Shoukhrat Mitalipov领导的第三组研究人员，研究了用导致心脏病的变异精子制造的胚胎。这个团队还发现有迹象表明，编辑影响了含有突变基因的染色体的大区域。
在所有的研究中，研究人员仅将胚胎用于科学目的，而不是用于怀孕。这三篇预印本的主要作者拒绝与《自然》新闻团队讨论他们工作的细节，直到文章在同行评议的杂志上发表。
这些变化是一种使用DNA修复过程的基因组编辑工具的结果。CRISPR-Cas9使用一小段RNA将Cas9酶引导到基因组中具有类似序列的位置。然后这种酶在该位置切割两条DNA链，细胞的修复系统会修复这个缺口。
编辑发生在修复过程中。通常情况下，细胞用一种容易出错的机制关闭伤口，插入或删除少量的DNA碱基。如果研究人员提供一个DNA模板，细胞有时可能使用这个序列来修复伤口，导致真正的重写。但断裂的DNA也可能导致重组或染色体的大区域丢失。
以前在小鼠胚胎和其他种类的人类细胞中使用CRISPR的工作已经证明，编辑染色体可以产生巨大的、不需要的影响。但Urnov说，在人类胚胎中证明这项工作也很重要，因为不同的细胞类型可能对基因组编辑有不同的反应。
这种重排可能在许多实验中被遗漏，这些实验通常寻找其他不需要的编辑，如单个DNA碱基的变化或只有几个字母的小插入或删除。然而，最近的研究专门寻找目标位点附近的大面积缺失和染色体重排。乌尔诺夫说："我们科学界的所有人将立即开始更认真地对待这个问题。这不是一次性的侥幸"。
这三项研究为DNA突变的产生提供了不同的解释。埃格利和尼亚坎的团队将在胚胎中观察到的大部分变化归因于大量的缺失和重排。米塔利波夫的小组说，他们发现的40%的突变是由一种叫做基因转换的现象引起的，在这种情况下，DNA修复过程从一对染色体上复制一个序列来修复另一对染色体。
米塔利波夫和他的同事在2017年报告了类似的发现，但一些研究人员对频繁的基因转换可能在胚胎中发生持怀疑态度。他们指出，在假定发生基因转换时，母体和父体的染色体并不相邻，而且该团队用来识别基因转换的检测方法可能已经识别了其他染色体变化，包括缺失。
Egli和他的同事在最新的预印本中直接测试了基因转换，但没有发现，Burgio指出，Mitalipov小组预印本中使用的分析与他们小组在2017年使用的方法类似。首尔国立大学的遗传学家、米塔利波夫预印本的共同作者Jin-Soo Kim说，一种可能性是染色体上不同位置的DNA断裂愈合方式不同。
人类胚胎中的CRISPR基因编辑造成了染色体的混乱
来源。生物谷