一種基于CRISPR的基因編輯技術稱為twin prime editing，它可能是一種新的更安全的基因治療方法。
（Ricardo Job-Reese, Broad Communications）
麻省理工學院(MIT)和哈佛大學(Harvard)布羅德研究所(Broad Institute)的研究人員開發了一種新版本的prime editor，可以安裝或替換基因大小的DNA序列。prime editor于2019年首次開發，是在人類細胞中進行廣泛基因編輯的一種精確方法，包括小替換、插入和刪除。
Prime editing, 最開始由Broad研究所David. Liu開發，可在不產生DSB或引入供體DNA的情況下實現基因組遺傳信息的重新編寫。相關研究在2019年10月21號發表在Nature雜志上。Prime editing將基因組編輯提升到了一個新的水平，這種方法允許引入所有突變類型，包括插入、缺失和12種堿基-堿基轉換。這項技術最初在人體細胞中進行研究，主要是期待解決由堿基突變引起的人類遺傳病問題。
在發表在《Nature Biotechnology》雜志上的一項研究中，研究小組描述了雙prime editing(twinPE)，這種技術通過兩個相鄰的prime edits，在基因組的特定位置引入更大的DNA序列，幾乎沒有多余的副產物。隨著技術的進一步發展，該技術有可能成為一種新的基因治療形式，以安全、高靶向的方式插入治療基因，以替代突變或缺失的基因。
研究人員通過在人類細胞中編輯與亨特綜合征(一種罕見的遺傳疾病)相關的基因，證明了twinPE的治療潛力。這種疾病是由一個特定的40000堿基對長的DNA鏈的反轉引起的。該團隊使用twinPE在基因組的同一位置引入了一個相似長度的倒置，展示了如何使用該方法來糾正致病突變。該團隊還使用了twinPE，精確地將數千個堿基對的基因大小的DNA貨物插入基因組中治療相關的位置。
該方法解決了原始prime editing系統的一個限制，該系統只能編輯幾十個堿基對。然而，一些遺傳疾病的研究或治療可能需要更大的編輯。與最初的prime editing方法一樣，twinPE也沒有在同一位置同時切斷兩條DNA雙螺旋，這可能導致編輯結果控制不良和有害的染色體異常。
“在我們選擇的位置將健康基因插入患者體內，而不產生雙鏈斷裂和混合副產物，一直是基因編輯領域的長期挑戰之一。”該研究的資深作者David Liu說。
“TwinPE可能是一種更安全、更精確的方法，可以將治療性基因插入到我們指定的位置，比如健康個體的本地基因位置，或者被認為將副作用風險降到最低的‘安全港’位置。”
由劉的實驗室開發的prime editing技術，使DNA替換、插入和刪除成為可能，并承諾糾正大多數已知的致病基因變異。最近對prime editing技術的改進提高了其效率，使其更接近治療應用。但是編輯超過100個堿基對的序列仍然是低效的。
TwinPE填補了這一空白。該系統使用一個prime editing蛋白和兩個prime editing指導RNA，它們指導編輯機制并對編輯進行編碼。這兩種引導RNA中的每一種都會引導編輯蛋白在基因組中不同的目標位點上在DNA中形成單鏈缺口，從而避免在其他方法中產生不需要的副產物的那種雙鏈斷裂。然后，該系統合成了兩條新的互補DNA鏈，在兩個缺口之間包含了所需的序列。使用這種方法，該團隊能夠插入、替換或刪除高達800個堿基對的序列。
為了編輯更大的序列，研究人員使用他們的TwinPE系統在基因組中為被稱為位點特異性重組酶的酶安裝“著落位點”，這種酶催化基因組中特定位點的DNA整合。然后，研究小組用重組酶處理這些細胞，并引入他們想要插入基因組的長DNA片段。結合twinPE和重組酶，科學家可以編輯數千個堿基對的序列，這是整個基因的長度。
劉教授和他的團隊現在正在測試不同的重組酶，它們可能會使twinPE更有效。他們還在評估twinPE安裝更長的基因序列的能力。
“能夠像過去幾年科學家們推進基因編輯那樣推進基因治療，這是包括我們在內的許多實驗室長期以來的愿望，”劉教授說。“這項研究，連同其他科學家的努力，可能標志著新一代基因治療策略的開始，正如CRISPR核酸酶、堿基編輯器和prime editor代表著新一代基因編輯技術的開始。”
參考文獻：Programmable deletion, replacement, integration and inversion of large DNA sequences with twin prime editing
美國得克薩斯大學奧斯汀分校科學家鑒定出一種天然存在的酶——Al3Cas12f。分析結果顯示，該酶體積足夠小巧，可搭載于腺相關病毒載體（目前基因編輯療法的主流遞送工具）之中，順利送入人體內。在此基礎上，......
近日，中國科學院院士、空軍軍醫大學西京醫院肝膽外科主任醫師竇科峰團隊領銜，聯合唐都醫院成功為一名肝衰竭患者實施六基因編輯豬肝臟體外灌注治療。經過66小時持續治療，患者狀況良好，主要肝功能指標顯著改善。......
近日，中國農業科學院農業基因組研究所超級稻種質創新團隊利用多重基因編輯成功改善了野生稻農藝性狀，為現代育種工作提供了新策略。相關研究成果發表在《植物學報（英文版）》（JournalofIntegrat......
科研最開心的時刻，不是論文發表，而是從近三年毫無進展的黑暗中，第一次看到實驗數據顯示編輯效率達到百分之幾十的那一天。“我們花了五年時間，有很多節點都覺得做不下去了，我頭發都掉了好多。”剛剛入職中國農業......
大豆作為糧食與經濟作物，在田間生產常受多種病害侵襲，導致其產量損失。microRNA是植物基因表達調控的核心分子，通過介導靶基因沉默及phasiRNA生成，在生長發育與抗病應答中發揮作用。其中，miR......
美國科研團隊在新一期《自然·生物技術》雜志發表研究成果稱，他們基于逆轉錄酶開發出一種新型基因編輯技術，能夠更精準、更高效地同時修復哺乳動物細胞內的多個致病突變，為開發廣譜基因療法奠定了重要基礎。許多遺......
隨著CRISPR基因編輯技術的不斷進步，科學家已將其應用于馬、綿羊、豬等動物的遺傳改良。英國《自然》網站在日前的報道中指出，經過基因編輯的豬和綿羊等動物，正逐漸在農業領域獲得認可。這些技術可提升動物的......
記者27日從中國農業科學院獲悉，該院農業基因組研究所農業基因編輯技術研發與應用創新團隊構建了全球規模最大的實驗驗證數據集，并基于此開發出人工智能（AI）大模型AlphaCD。該模型不僅能高效預測超過2......
廣州醫科大學附屬第一醫院國家呼吸醫學中心主任何建行與合作者在一項研究中發現，一個經過基因工程修飾的豬肺在移植到一名確診腦死亡的人類患者體內后，能存活9天并發揮功能。研究結果或是跨物種肺移植的首例記錄，......
近日，中國農業科學院農業基因組研究所農業基因編輯技術研發與應用創新團隊構建了迄今為止規模最大的實驗驗證數據集，并在此基礎上開發了多模態機器學習模型AlphaCD。該模型不僅能夠高效預測超過2萬種胞嘧啶......