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科学家称CRISPR技术可能引起癌症 风险被严重低估

2018-07-18 11:28:01 来源:学术经纬

CRISPR-Cas9基因编辑技术自问世以来,以其高效便捷的精准基因编辑能力,迅速成为了生物学家最为喜爱的科研工具之一。而随着基因疗法和细胞疗法的兴起,CRISPR技术在临床上也开始得到了广泛应用。

但近几年来,关于CRISPR技术安全性的问题却引发了一场又一场的热议。去年,《Nature Methods》上发表的一篇论文(已撤稿)指出,在小鼠实验中,CRISPR技术会引入数百种意料外的基因突变;今年6月,《Nature Medicine》上的两篇论文则发现,那些容易被CRISPR技术改造的细胞,自身可能成为“癌症的种子”。

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而在今日,《自然》杂志旗下另一本子刊《Nature Biotechnology》则指出,CRISPR技术对基因组造成的影响,要比想象中来得更大。而我们常规使用的检测手段,很有可能会忽略到这些基因组的变化。这项研究来自知名的Wellcome Sanger研究所,通讯作者为生物学大牛Allan Bradley教授。他是研究肿瘤抑制基因p53的权威之一,发表的论文共被引用近80000次。

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▲本研究的通讯作者,知名生物学家Allan Bradley教授(图片来源:Wellcome Sanger研究所)

在这项研究中,Bradley教授课题组首先检验了CRISPR系统在小鼠的胚胎干细胞中,对一条特定基因的编辑能力。和之前我们对CRISPR基因编辑的认知类似,靶向基因外显子(编码蛋白信息)的gRNA取得了非常好的基因敲除效果,效率达59%-97%。

但他们也意外地发现,靶向基因内含子(不编码蛋白信息)的gRNA,基因敲除的效率也不低。其中,离外显子序列较近的一些gRNA,其基因编辑效率也能达到8%-20%。更夸张的是,有两条gRNA靶向的内含子序列,距离最近的外显子有2kb的距离,它们竟也有5%-7%的编辑效率,明显高于负对照。后续的测序结果则发现,尽管这些gRNA靶向的是遥远的内含子区域,该基因的外显子依旧会被删除。这一研究结果表明,CRISPR系统可能会引起预期之外的远端基因失活。

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▲远离外显子的两条gRNA(蓝色),也能带来一定的基因编辑效果(图片来源:《Nature Biotechnology》)

“我最初的实验是利用CRISPR-Cas9作为工具,研究基因的活性。但很明显,一些意料之外的事情发生了,”该研究的第一作者,正在攻读博士学位的Michal Kosicki说道:“当我们意识到遗传物质改变的程度后,就对它进行了系统研究,观察了多种基因,以及多种和治疗相关的细胞系。我们发现CRISPR-Cas9的确会带来这种效应。”

总结来说,研究人员们发现在经过CRISPR-Cas9系统的编辑后,许多细胞会出现大量的DNA删除或插入变异。这可能会导致关键基因被意外开启或关闭,带来潜在的严重后果。而且,这一效应不仅在小鼠的胚胎干细胞中存在。研究人员们也测试了小鼠的造血祖细胞和人类的分化细胞系,得到了类似的结果。

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▲多条gRNA都能带来潜在的DNA删除或插入变异风险(图片来源:《Nature Biotechnology》)

CRISPR技术已经得到了多年的应用,为何这些效应一直没有被揭示出来?研究人员们指出,这或许是因为PCR等检测技术的局限。“我们只对想要了解的区域做了检测,” Bradley教授说:“没有人去寻找下游基因里(DNA改变造成)的影响。”

“这是在临床相关的细胞中,对CRISPR-Cas9基因编辑潜在的意外事件做的首个系统性评估,” Bradley教授补充道:“我们发现先前我们对DNA的改变程度有着严重的低估。很重要的一点是,任何想要将这一技术应用在基因疗法上的人都应该保持谨慎,仔细审查任何潜在的有害效应。”

一些科学记者们指出,十多年前,在基因疗法方兴未艾的时代,在临床上过于乐观的推动,带来了一系列不幸事件。其中,一名患者的致癌基因被异常激活,诱发了白血病。这些不幸事件也一度让基因疗法领域停滞了许多年。随着美国FDA在去年连续批准三款基因疗法,可以说目前基因疗法正进入了发展的快车道,这是一件好事。我们期待在研发加速的同时,我们也要检查好最基本的“车况”,确保我们的工具不会带来隐患。

参考资料:

[1] Repair of double-strand breaks induced by CRISPR–Cas9 leads to large deletions and complex rearrangements

[2] Genome damage from CRISPR/Cas9 gene editing higher than thought

[3] Potential DNA damage from CRISPR has been ‘seriously underestimated,’ study finds

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