改良的Cas9酶减少了CRISPR脱靶的可能
来源：news medical |作者：Sally Robertson|校审：Kate Anderton | 2019-10-30 | 翻译：聚生物
基因组学专家正在寻找新的方法来提高Cas9酶在CRISPR基因编辑中的作用，以减少脱靶突变的可能性。这项研究解决了人们对脱靶突变的担忧，并找到了提高精确度的新方法。该研究最近在休斯顿举行的2019年美国人类遗传学学会年会上发表。
Juan Gaertner / Shutterstock.com
Cas9是什么?
基因组或基因编辑使科学家能够通过添加、移除或改变基因组特定位置的遗传物质来改变一个有机体的DNA。实验室中使用的最新基因编辑技术之一是CRISPR-Cas9。
研究人员创造了一段带有短“引导”序列的RNA，它可以识别并结合到特定的目标DNA序列上。引导RNA也与Cas9酶结合，而Cas9酶又与目标DNA结合，并将其切割到预定的位置。一旦DNA被切割，研究人员可以添加或删除遗传物质，或者通过用定制的DNA序列替换DNA片段来对其进行修改。
研究人员创造了一段带有短“引导”序列的RNA，它可以识别并结合到特定的目标DNA序列上。引导RNA也与Cas9酶结合，而Cas9酶又与目标DNA结合，并将其切割到预定的位置。一旦DNA被切割，研究人员可以添加或删除遗传物质，或者通过用定制的DNA序列替换DNA片段来对其进行修改。
多伦多表型基因组学中心副主任、多机构敲除小鼠表型项目(KOMP2)的合作者Lauryl Nutter经常使用Cas9基因编辑来产生具有特定突变的小鼠系。
在实验室进行这种基因编辑过程时，他们常常想知道脱靶突变的风险——将无意的基因突变引入小鼠品系。
“我们想知道:我们需要在多大程度上担心脱靶突变?”纳特（Nutter）说。
改善人类基因编辑技术
研究小组希望，如果他们能确定实验小鼠的问题程度，这将有助于他们更好地评估人类细胞系的问题，并导致新的方法来提高基于Cas9的基因编辑的准确性。
为了进行研究，纳特和他的团队使用Cas9和引导RNA （guide RNAs，gRNA）进行了58个基因组编辑实验，以诱导特定的、靶向的基因突变。每个实验使用2到4个gRNA，总共175个不同的gRNA。
研究人员对每只老鼠进行了全基因组测序，以检查靶基因之外的任何突变。为了获得基线突变率，将cas9处理小鼠的基因组与25只未处理小鼠的基因组进行比较。在31个Cas9小鼠系中，未发现脱靶突变，但在其余20个系中，平均发现2.3个脱靶突变。
然而，在cas9处理过和未处理过的小鼠系中，研究小组发现每种动物平均有3500个自然发生的突变。
纳特说：“令人惊讶的是，这些结果表明，自然发生的突变数量远远超过Cas9引入的突变数量。他们还表明，当指导rna被正确设计时，脱靶突变是非常罕见的。”
近亲实验小鼠的应用
这些发现加强了对近交系实验小鼠在遗传学研究中的使用的理解，并为研究人员在进行实验时所作的假设添加了背景。
纳特说：“历史上，我们用近亲繁殖的老鼠来研究老鼠的基因，因为它们的基因组只在某些特定的地方不同，我们认为老鼠之间的任何差异都是由这些差异造成的。然而，我们发现，即使在同一窝老鼠中，也可能存在数千种自然发生的基因差异。”
纳特说，研究结果强调了在基因组中使用Cas9和其他工具的必要性，而这些工具的定义可能不如以前所认为的那样好。
接下来，研究人员计划研究抑制或增强DNA修复的酶是否会影响新突变发生的速率。他们还打算评估在提高Cas9突变效率和提高其准确性之间的权衡。
纳特和他的团队希望他们的发现将有助于开发更好的gRNA，以及改进控制组的使用和对实验设计的更全面的理解。
研究小组指出，这些改进的知识将特别适用于具有潜在治疗应用价值的基因编辑研究，包括对基于遗传学的疗法的安全性和有效性的研究。
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