自基因組編輯技術(shù)橫空出世以來(lái)，人們就對它寄予了無(wú)限厚望。利用該技術(shù)治療疾病、探索生命奧秘的各種研究也紛紛登場(chǎng)。

而能夠精確修改單個(gè)堿基的堿基編輯器（BE）的誕生，又將這種渴望推上了一個(gè)新的高度。

然而就在今天，兩個(gè)中國團隊，中科院神經(jīng)所楊輝領(lǐng)導的團隊和遺傳與發(fā)育所高彩霞領(lǐng)導的團隊，在《科學(xué)》雜志上背靠背發(fā)表兩篇研究論文，向這個(gè)領(lǐng)域投下了重磅炸彈！

楊輝團隊發(fā)現，一種堿基編輯器CBE（胞嘧啶堿基編輯器），會(huì )在小鼠胚胎細胞中制造了大量的非目標編輯，平均每個(gè)細胞出現了283個(gè)單堿基突變（SNVs），是正常情況的20倍[1]。這個(gè)結果得到高彩霞團隊的支持，他們在水稻中也發(fā)現了堿基編輯器的嚴重脫靶現象，CBE在水稻全基因組上制造了大量SNVs[2]。

這兩項研究，首次將堿基編輯器的阿克琉斯之踵，清晰地展現在了人們眼前。這足以引起科學(xué)家的重視，警惕基因組編輯技術(shù)，尤其是堿基編輯器研究和應用中的隱患。

說(shuō)到基因編輯技術(shù)，人們最先想到的一定是現在大熱的CRISPR/Cas9系統。

但是，CRISPR/Cas9系統也面臨著(zhù)一個(gè)無(wú)法回避的問(wèn)題，那就是它編輯的結果不夠精確，甚至不可控制。

CRISPR/Cas9系統工作時(shí)，必須要先在雙鏈DNA的目標位置，剪上一刀（兩條鏈都剪斷），然后讓細胞自己去修復。修復的時(shí)候有出錯的可能，這樣就會(huì )引入突變，實(shí)現了對基因組目標序列的修改[3]。

可是，這些突變往往是不可控的，堿基多幾個(gè)、少幾個(gè)（Indel）或者換幾個(gè)，都有可能。也就是說(shuō)CRISPR/Cas9系統，并不能讓你把基因想怎么改就怎么改。

如果你只需要把某個(gè)基因破壞掉，CRISPR/Cas9系統是可以勝任的。

但是想要對某個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行精確修改，它就很難做到了，如治療地中海貧血病。而這類(lèi)點(diǎn)突變造成的遺傳病，又占了人類(lèi)所有遺傳病的一大半。此外，還有其他與點(diǎn)突變有關(guān)的疾病，如癌癥（p53突變）等，CRISPR/Cas9系統基本上是束手無(wú)策的。

這個(gè)時(shí)候，堿基編輯器（Baseeditor,BE）出現了。

2016年，華人科學(xué)家劉如謙博士（DavidLiu）對CRISPR/Cas9系統進(jìn)行了修改，將剪刀換成了涂改器，首次將DNA上的C改成了T，稱(chēng)之為胞嘧啶堿基編輯器（CBE）[4]。

2017年，他又再接再厲，成功發(fā)明了能將A改為G的堿基編輯器，稱(chēng)為腺嘌呤堿基編輯器（ABE）[5]。

有了CBE和ABE的組合，我們就能任意修改DNA上的單個(gè)堿基了（利用堿基互補原則）。

聽(tīng)起來(lái)很完美，可問(wèn)題卻還是存在。

CRISPR/Cas9系統有時(shí)會(huì )出現嚴重的脫靶問(wèn)題，大家都知道，我們也稱(chēng)曾做過(guò)報道。

CRISPR/Cas9系統脫靶的原因，在于它的Cas9酶（也就是剪刀）有時(shí)候會(huì )不遵循gRNA的引導，在DNA的非目標區域亂剪一氣，由此造成脫靶。

把剪刀換成涂改器就安全了嗎？

還是讓實(shí)驗數據來(lái)說(shuō)話(huà)。

中科院神經(jīng)所的楊輝研究員帶領(lǐng)一個(gè)聯(lián)合團隊，對堿基編輯器在動(dòng)物基因組上的脫靶情況，進(jìn)行了檢測。他們對CRISPR/Cas9系統、CBE、ABE這幾種基因編輯技術(shù)進(jìn)行了比較。

為了避免自然突變造成的誤差，研究人員發(fā)明一種叫GOTI的技術(shù)。這個(gè)技術(shù)是將小鼠二細胞胚胎進(jìn)行編輯，被編輯過(guò)的細胞會(huì )帶熒光，而未編輯的細胞不帶熒光。

然后讓這個(gè)胚胎繼續發(fā)育，等到14.5天后，胚胎擁有了足夠的細胞，將其消化為單細胞。用流式細胞儀將編輯過(guò)或未編輯過(guò)的細胞分開(kāi)。編輯過(guò)的細胞和未編輯過(guò)的細胞都來(lái)自同一個(gè)胚胎，就可以相互對照，最大程度地消除自發(fā)突變的影響。

對這些細胞進(jìn)行單細胞全基因組測序，比較各個(gè)編輯器引起的單堿基突變（SNVs）發(fā)現，CBE（BE3.0）編輯過(guò)的胚胎上平均擁有283個(gè)的單堿基突變，其中90%是C到T的突變（CBE的能力），是陰性對照（自發(fā)突變）的20倍！而CRISPR/Cas9、ABE等系統造成的突變數量，和自發(fā)突變類(lèi)似。

而且，CBE造成的突變中，1個(gè)突變出現在了原癌基因上，而13個(gè)突變出現在了抑癌基因上。CBE脫靶造成的威脅是可見(jiàn)的。

此外，他們還檢測了基因組上Indel形式的脫靶（主要是CRISPR/Cas9系統引起的），發(fā)現每個(gè)細胞平均只有0-4個(gè)Indel。CRISPR/Cas9系統引起的脫靶概率，并沒(méi)有人們擔憂(yōu)的那么高。

高彩霞研究員實(shí)驗室在水稻中也發(fā)現，CBE，而不是ABE會(huì )在全基因組上引發(fā)過(guò)多的突變。而且無(wú)論加不加gRNA進(jìn)行引導，突變都會(huì )出現。

這兩個(gè)獨立進(jìn)行的實(shí)驗，分別在不同的模式物種中，得到了一致的結果。不得不引發(fā)人們對堿基編輯器脫靶效應的深思。

作為堿基編輯器的發(fā)明人，劉如謙博士表示，總的來(lái)說(shuō)，這些脫靶仍很罕見(jiàn)，不太可能影響實(shí)驗室對該技術(shù)的使用。但是，這些足以讓任何打算在病人身上使用這項技術(shù)的人感到擔憂(yōu)。

而其他學(xué)者進(jìn)一步表示，要深入探索造成突變的原因，進(jìn)而加以改進(jìn)。

韓國著(zhù)名CRISPR技術(shù)研究者，Jin-SooKim教授說(shuō)道“這兩篇論文非常有趣，也非常重要?，F在重要的是確定哪些成分引起了這些額外的突變，以及如何減少或避免它們。”[6]

ABE與CBE的差異就在于所帶的涂改器（酶）不一樣，因此也造成了脫靶結果不一樣。這也為科學(xué)家們提供了觀(guān)察和改進(jìn)的窗口。

事實(shí)上，很多科學(xué)家并沒(méi)有對這個(gè)消息抱以悲觀(guān)的態(tài)度，這也不會(huì )撲滅他們研究的熱情。很多實(shí)驗室已經(jīng)重新啟程。