近日，哈佛醫學院和波士頓兒童醫院的科學家們使用一種新的基因編輯方法，挽救遺傳性聽力受損小鼠，并且沒有任何明顯的脫靶效應。該研究結果在線發表于Nature Medicine。
研究人員將攜帶有缺陷TMC1基因的小鼠稱之為貝多芬小鼠。該基因的DNA序列中有一個錯誤——腺嘌呤A取代了胸腺嘧啶T，這會導致小鼠聽力受損。在人體中，如果Tmc1基因發生突變會導致聽力逐漸喪失，甚至在25歲左右失聰。
新的CRISPR系統精準切割
哈佛醫學院Blavatnik研究所的科學家改進了傳統的CRISPR -Cas9系統，更好地識別引起耳聾的基因突變。傳統CRISPR-Cas9基因編輯系統是通過引導分子gRNA來識別靶突變體DNA序列。一旦確定了目標DNA，切割酶Cas9就會剪斷它。
但是CRISPR的準確度并非完美無缺，傳統Cas9酶并不能完全精確地到達靶點位置指導RNA切割，很有可能造成脫靶現象。
為了解決這個問題，研究人員開發新的基因編輯系統，它替換了傳統來源于釀膿鏈球菌的Cas9酶，采用了源于金黃色葡萄球菌的Cas9酶。
準確切割，無脫靶效應
在初步試驗中，研究人員對含有Tmc1基因變異的細胞進行觀察發現，修改后的基因編輯系統能夠準確區分突變的DNA和Tmc1基因副本中正常的DNA。進一步分析顯示，在包含有一個缺陷基因和一個正常基因的細胞中，至少有99% 的CRISPR-Cas9切割只發生在缺陷基因拷貝中。
接下來，研究人員將基因編輯療法注射到小鼠的內耳中。DNA分析表明，基因編輯活動只發生在貝多芬缺陷小鼠的內耳細胞中。在沒有基因變異的小鼠內耳細胞中沒有檢測到基因編輯的跡象，這一發現證實了該工具的準確性。
為了確定基因編輯療法是否干擾了正常的基因功能，科學家刺激沒有Tmc1基因缺陷同樣接受治療的小鼠的聽覺細胞。結果顯示并小鼠的聽力并沒有異常，這證明基因編輯療法對正常基因功能沒有影響。
聽力恢復與健康老鼠無差別
為了證明這種療法不僅僅是對細胞有效，研究人員還對小鼠進行了聽力黃金標準測試。他們測量了小鼠的聽覺腦干反應，他們捕捉了內耳毛細胞傳遞到大腦的聲音量。
檢測發現，接受基因編輯治療兩個月后，貝多芬小鼠的聽力明顯好于未接受基因突變治療的小鼠。經過治療的老鼠能夠探測到45分貝左右的聲音，這相當于正常談話的音量，與健康老鼠幾乎沒有區別。更令人鼓舞的是，接下來近一年中小部分經過治療的貝多芬小鼠情況穩定，接近正常的聽力。
如果不進行治療，貝多芬小鼠會在在6個月大時就完全失聰。相比之下，沒有遺傳缺陷的老鼠一生都能保持正常的聽力，并能探測到30分貝左右的聲音。
波士頓兒童醫院耳鼻喉科和神經病學教授Jeffrey Holt表示：“我們的工作為由一個缺陷基因副本引起的遺傳疾病打開了一扇精準治療的大門。當然這只是萬里長征的第一步。不過我們證明了，這種高度特異性、高度靶向的治療方法可以被開發出來，選擇性地抑制攜帶單個基因突變。這有望治療更多其他形式的人類疾病。”
參考資料：
[1] Optimized gene-editing tool prevents hearing loss in mice with hereditary deafness without detectable off-target effects
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......