世界首次證實單堿基基因編輯存在脫靶效應

　　基因編輯技術越來越火，然而針對基因編輯工具最大的風險——脫靶效應，一直以來缺乏良好的檢測工具。記者從中科院神經科學研究所獲悉，其團隊與多家機構合作完成的研究，建立了一種在精度、廣度和準確性上遠超越之前的基因編輯脫靶檢測技術，這一技術首次證實：近年來興起的單堿基編輯技術有可能導致大量無法預測的脫靶，亟須重新審視這些新興技術的風險。這一發現，無疑讓這一新鮮卻又不乏沖動與混亂的領域，必須冷靜下來，更謹慎地對待新技術的應用。

　　與此同時，這一被命名為“GOTI”的檢測技術的建立，讓基因編輯脫靶無處隱藏——其顯著提高了基因編輯技術脫靶檢測的敏感性，可以在不借助于任何脫靶位點預測技術的情況下發現之前的檢測手段無法發現的完全隨機的脫靶位點，為基因編輯工具的安全性評估帶來了突破性的新工具，有望由此開發精度更高、安全性更大的新一代基因編輯工具，建立行業的新標準。3月1日，這一研究成果以《胞嘧啶單堿基編輯會導致大量單核苷酸突變的脫靶》為題發表在《科學》雜志上。

　　率領此項研究的中科院神經科學研究所研究員楊輝告訴記者，CRISPR/Cas9是廣泛關注的新一代基因編輯工具，自從2012年被發明以來，一直以高效性和特異性備受世人期待，學術界普遍認為基于CRISPR/Cas9及其衍生工具的臨床技術將為人類健康作出巨大貢獻。然而值得注意的是，自問世以來，CRISPR/Cas9及其衍生工具的真實脫靶率一直存在爭議，其脫靶風險始終沒有得到充分而有效的檢測。在此之前的多種檢測脫靶的方案都存在一定局限性，不能高靈敏性檢測到脫靶突變，尤其是單核苷酸突變。而一旦在臨床中出現脫靶效應，可能會引起包括癌癥在內的多種副作用。

　　“我們希望可以找到一種既能夠不依賴于脫靶位點預測，又能有足夠信噪比的精密脫靶檢測手段。”楊輝說。經過一年多的努力，楊輝研究組與合作者建立了一種名叫“GOTI”的脫靶檢測技術，既不依賴任何算法預測，也不依賴體外擴增，極大提高了脫靶檢測的精確性和廣泛性，讓脫靶檢測第一次進入了非常實用的階段。

　　借助這一系統，團隊檢測了最經典的CRISPR/Cas9系統，結果發現，設計良好的CRISPR/Cas9并沒有明顯的脫靶效應，結束了之前對于CRISPR/Cas9脫靶率的爭議。團隊還檢測了另一個同樣被給予厚望的CRISPR/Cas9衍生技術BE3，這個系統可以精確引入點突變，在之前的研究中從未發現過有明顯的脫靶問題。然而在“GOTI”的檢測下發現，BE3存在非常嚴重的脫靶，這些脫靶大多出現在傳統脫靶預測認為不太可能出現脫靶的位點。團隊分析后認為，脫靶位點有部分出現在抑癌基因上，因此經典版本的BE3有著很大的隱患，目前不適合作為臨床技術。

　　這一發現令人震驚。“要知道，在此之前，單堿基突變技術一直被認為是一種特別安全，幾乎不會有脫靶的新技術，國外有多家公司都在緊鑼密鼓準備將它推向臨床應用。”楊輝告訴記者，“其實回過頭來看，從基礎的生物學理論上是可以推斷出這些技術很可能有脫靶問題的，但是很多人理所當然覺得它們很安全，用傳統的方法也的確沒有發現脫靶問題，我們的成果在一定程度上也讓業界可以冷靜一點，更謹慎地對待這些新技術。”

　　“任何科學技術歸根結底都需要服務于全人類，像基因編輯這樣的技術，大家都很期待它用到臨床上，治療那些曾經無法治療的疾病。但是我們也不能忘記，任何一種用到臨床的療法都必須要對它的風險非常清楚。有了更精確更靈敏的檢測技術，將來才可能以此開發出更安全的基因編輯工具。希望我們的工作有助于盡快制定行業標準，讓這個領域有序、健康地發展。”楊輝強調。

　　該研究由中國科學院神經科學研究所（中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心）、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室、中國科學院靈長類神經生物學重點實驗室楊輝研究組與中國科學院上海營養與健康研究所隸屬的計算生物學研究所（中國科學院-馬普學會計算生物學伙伴研究所）、斯坦福大學遺傳學系以及中國農業科學院深圳農業基因組研究所合作完成。