新基因编辑工具从“刀”进化为“笔”，能纠正DNA中的“拼写错误”

原标题：新基因编辑工具从“刀”进化为“笔”，能纠正DNA中的“拼写错误”

编者按：在大多数情况下，超过5万种已知的人类遗传性疾病，很少有好的治疗方法，更不用提能够治愈的方法了。现在，哈佛大学和麻省理工学院的研究人员开发出了一种新工具。从理论上讲，它可以帮助纠正大约15000种遗传性疾病的基因错误。研究论文发表在《自然》杂志，36氪编译了《科学美国人》（ScientificAmerican）的相关报道。报道中对研究的主要负责人David Liu进行了采访。

在大多数情况下，超过5万种已知的人类遗传性疾病，很少有好的治疗方法，更不用提能够治愈的方法了。现在，哈佛大学和麻省理工学院的研究人员开发出了一种新工具。从理论上讲，它可以帮助纠正大约15000种遗传性疾病的基因错误——包括镰状细胞病（sickle-cell disease，一种血液病）、囊肿性纤维化（cystic fibrosis，侵犯多脏器的疾病）和几种先天性耳聋和失明。

标准的基因编辑工具，比如著名的CRISPR——Cas9系统，就像剪刀一样，可以将DNA链中有问题的基因切断。这可能对像亨廷顿病（Huntington，随着病情进展逐渐丧失说话、行动、思考和吞咽的能力，病情大约会持续发展10年到20年，并最终导致患者死亡。）这样的由基因材料的复制引起的疾病有帮助。

据首席研究员David Liu介绍，这种名为ABE（腺嘌呤碱基编辑器）的新工具更像是一支编辑笔。它可以让科学家精确地改变单个碱基对，即构成人类基因组“句子”的“字母”，从而可能有助于治疗镰状细胞等疾病，这种疾病可以通过改变基因来治疗。David Liu强调，一种新的工具并不是说要比另一种好，相反，它们可以用来解决不同类型的问题。

但David Liu说，在ABE在人类病人身上试验之前，医生们需要确定，什么时候该干预遗传性疾病。他们还必须弄清楚如何最好地将基因编辑器送到相关细胞中——并证明这种方法是安全有效的，足以对病人产生有利的影响。

基因是由DNA组成的——两个长而平行的分子，被称为核苷酸，由一对化学碱基连接在一起。其中，A（adenine，腺嘌呤）总是与T（thymine，胸腺嘧啶）配对，G（guanine，鸟嘌呤）与C（cytosine，胞嘧啶）结合。但是，当基因配对出错的时候，它有时就会导致疾病。这个新工具（ABE）针对的是基因错误，比如，A-T碱基对的位置本应该是G-C的情况。

David Liu是哈佛大学化学系教授，也是布罗德研究所（Broad Institute）的副主席。他之前与他的学生和博士后研究人员一起，开发了基础编辑器，转换了C-G碱基对与T–A对。（顺序很重要，所以G—C错误不和C—G错误是不一样的。）David Liu也是霍华德•休斯医学研究所（Howard Hughes Medical Institute）的研究员。他在前不久的新闻发布会上说，他和其他人一直在研究其他的一些工具，可以纠正DNA中其他类型的“拼写错误”。这让他们找到了ABE。

ABE的新技术使用了David Liu和他的同事开发的一种酶（enzyme）。它能够重新排列原子，形成一个类似于DNA链中的G的碱基。ABE系统还会对包含T的DNA链进行检测。然后，细胞的修复机制就会发挥作用，修复裂口。在这样做的过程中，细胞会用C代替T，纠正另外一半的碱基对。最终的结果就是造成麻烦的A—T碱基对被转化成一个有益的G—C对。

David Liu和他的同事在实验室的培养皿中使用了ABE，他们能够精确地编辑导致遗传性血色素沉着症（hemochromatosis）的基因——这种疾病不仅会导致身体储存过多的铁元素，导致疼痛、疲劳、虚弱，如果不及时治疗，还会导致肝脏和心脏衰竭。他们还利用ABE安装了一种不同的基因突变来弥补导致镰状细胞病的DNA缺陷。

他说，ABE的基因编辑过程是有效的，在17个测试网站上平均53%的时间中，有效地编辑了基因组中相关的位置。他补充说，ABE只在不到0.1%的时间内造成了不理想的效果。这一成功率基本上和CRISPR在切割基因差不多。

Dirk Hockemeyer是加州大学伯克利分校的一名助理教授，他并没有参与这项广泛的研究。他说，他对这团队的研究工作和新工具印象深刻。但要帮助病人，还有很长的路要走。“在临床应用中，关键问题是：如何让编辑代理进入我想要修复的单元中的位置？”他说。但“如果它能治愈一种疾病，我们都应该为此感到兴奋。”

原文链接：https://www.scientificamerican.com/article/new-gene-editing-pencil-erases-disease-causing-errors/

编译组出品。编辑：郝鹏程