在过去十年中，通过改变生命密码-DNA来编辑人类基因的能力得到了显着提高。当前的工具，如CRISPR-Cas9和基本编辑器，功能非常强大，但传统上一直缺乏精确性，错误率高和范围有限，从而妨碍了它们治疗人类遗传病的能力。由哈佛大学的一组研究人员开发并于周一发布的突破性基因编辑工具具有进行极其精确的DNA编辑的能力，从而开创了基因操纵的新时代。
“从许多方面来看，这份第一份报告是长期愿望的开始，而不是结束……能够在活细胞或生物体的任何位置进行任何DNA改变，包括可能患有遗传疾病的人类患者，”哈佛大学博德学院的化学家大卫·刘(David Liu)是这项新研究的合著者。
基因编辑涉及通过删除，插入，修饰或组合这三个组合来更改由字母A，C，T和G表示的DNA编码的四个碱基。
这项研究于10月21日发表在《自然》杂志上，由安德鲁·安扎龙(Andrew Anzalone)领导，在使用四种人类细胞系和小鼠脑细胞的一系列优雅实验中，描述了被称为“原始编辑”的新技术。研究人员进行了175种不同的DNA编辑，结果表明原始编辑可以以惊人的精度改变DNA，而且重要的是，引入错误的速度比以前的基因编辑技术要低得多。为了证明这一点，研究小组纠正了人类细胞中两种人类遗传病的遗传突变，即镰状细胞病和Tay-Sachs病。他们表明可以对DNA进行必要的编辑，以逆转引起这些疾病的基因突变。
它并没有以镰状细胞和Tay-Sachs结尾。由于主要编辑提供了一种最精确的方法来操纵生活守则，因此作者推测，它可以使75,112种引起疾病的人类基因突变中的约89%得到治疗。
奥塔哥大学的遗传学家Peter Dearden说：“这是一项非常聪明的技术，可以使基因编辑更加精确。”
为了确切地了解复杂的新工具的功能，了解科学家已经使用的基因编辑工具以及在何处进行了重大改进非常重要。
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使用了两种主要的基因编辑工具：CRISPR-Cas9(或简称CRISPR)和基础编辑器。
该CRISPR基因编辑工具，通常被称为“剪刀分子”，已经宛如漂浮一个革命性的工具，以帮助消除品种，改变农业的做法，甚至把猛犸象起死回生。有争议的是，中国科学家何建奎于2018年11月使用该技术创建了基因编辑的双胞胎，这一举动遭到了科学界的广泛谴责。
毫无疑问，CRISPR功能强大，但也有其缺点。迄今为止，CRISPR的分子剪刀相当粗糙。科学家对CRISPR进行编程，以寻找双链DNA并在两条链上进行切割。这允许删除DNA或将新的DNA字母“粘贴”到缺口中，但是该过程非常容易出错-CRISPR有时会在远离靶位点的不同位置进行切割，并可能将错误引入基因中。
另一方面，基础编辑器更加精确。它们有时被称为“分子铅笔”，因为它们可以擦除四个DNA字母(A，C，T，G)之一，并写一个新字母来纠正DNA突变。重要的是，基础编辑器不会像CRISPR一样切割双链DNA。这可以提高精度，但要付出代价-它们具有与CRISPR不同的通用性，并且只能在特定情况下工作。今年早些时候在《科学》杂志上发表的两篇论文也表明，基础编辑人员倾向于进行脱靶编辑。
继续沿用办公文具类比的主要编辑不是剪刀或铅笔。刘建议他们要先进得多。
他说：“您可以认为主要编辑器就像文字处理程序一样，能够搜索目标DNA序列并将其精确地替换为经过编辑的DNA序列。”
为了生产这种新工具，研究团队采用了CRISPR系统的核心组件之一，并将其与逆转录酶融合，该酶可以逐个字母“写” DNA编码。他们将其与工程指南RNA结合在一起，该RNA告诉编辑者需要编写哪些字母。
强大的工具能够搜索DNA序列，并且按照字处理器的类比，可以输入新字母，用新字母替换旧字母，甚至只是完全删除字母。
澳大利亚国立大学CRISPR遗传学家盖恩·伯吉奥(GaétanBurgio)说：“它用途广泛，根据该论文，可以以高保真度和高效率执行所有可能的编辑类型(核苷酸变化，插入或缺失)。”研究。
也许最引人注目的是主编辑器的运行效率。关键的改进之一是，在该团队进行的一系列实验中，DNA误差明显不足。团队假设，这是由于主要编辑者与DNA相互作用的方式。
在系统允许进行更改之前，主要编辑者必须与DNA进行三步详尽的握手。CRISPR只需要一步握手。在基因组的背景下，CRISPR基本上与它所编程靶向的任何DNA序列握手。但是主要编辑是不同的。Anzalone假设额外的两个步骤有助于提高主要编辑器的精度，因为如果握手不匹配，则该过程将终止。
Burgio指出，当前的技术仍然“相当有效”，因此对于当前的临床研究而言，提高效率并不是什么大问题。但是，他确实暗示这对于治疗镰状细胞性贫血这样的疾病可能非常有益，在镰状细胞性贫血中，将患者的细胞从体内取出，在实验室进行编辑，然后通过基因编辑将其放回患者体内。
对于Liu来说，主要编辑器并非旨在以任何方式接替CRISPR-Cas9或基础编辑器-实际上，他们应该一起工作。
刘说：“每个人都有互补的优势和劣势。”“我们预计哺乳动物细胞中的所有三类编辑剂都将或将在基础研究以及诸如人类治疗和农业等应用中发挥作用。”
