自基因組編輯技術(shù)橫空出世以來，人們就對它寄予了無限厚望。利用該技術(shù)治療疾病、探索生命奧秘的各種研究也紛紛登場。

而能夠精確修改單個堿基的堿基編輯器（BE）的誕生，又將這種渴望推上了一個新的高度。

然而就在今天，兩個中國團(tuán)隊(duì)，中科院神經(jīng)所楊輝領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)和遺傳與發(fā)育所高彩霞領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，在《科學(xué)》雜志上背靠背發(fā)表兩篇研究論文，向這個領(lǐng)域投下了重磅炸彈！

楊輝團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，一種堿基編輯器CBE（胞嘧啶堿基編輯器），會在小鼠胚胎細(xì)胞中制造了大量的非目標(biāo)編輯，平均每個細(xì)胞出現(xiàn)了283個單堿基突變（SNVs），是正常情況的20倍[1]。這個結(jié)果得到高彩霞團(tuán)隊(duì)的支持，他們在水稻中也發(fā)現(xiàn)了堿基編輯器的嚴(yán)重脫靶現(xiàn)象，CBE在水稻全基因組上制造了大量SNVs[2]。

這兩項(xiàng)研究，首次將堿基編輯器的阿克琉斯之踵，清晰地展現(xiàn)在了人們眼前。這足以引起科學(xué)家的重視，警惕基因組編輯技術(shù)，尤其是堿基編輯器研究和應(yīng)用中的隱患。

說到基因編輯技術(shù)，人們最先想到的一定是現(xiàn)在大熱的CRISPR/Cas9系統(tǒng)。

但是，CRISPR/Cas9系統(tǒng)也面臨著一個無法回避的問題，那就是它編輯的結(jié)果不夠精確，甚至不可控制。

CRISPR/Cas9系統(tǒng)工作時，必須要先在雙鏈DNA的目標(biāo)位置，剪上一刀（兩條鏈都剪斷），然后讓細(xì)胞自己去修復(fù)。修復(fù)的時候有出錯的可能，這樣就會引入突變，實(shí)現(xiàn)了對基因組目標(biāo)序列的修改[3]。

可是，這些突變往往是不可控的，堿基多幾個、少幾個（Indel）或者換幾個，都有可能。也就是說CRISPR/Cas9系統(tǒng)，并不能讓你把基因想怎么改就怎么改。

如果你只需要把某個基因破壞掉，CRISPR/Cas9系統(tǒng)是可以勝任的。

但是想要對某個位點(diǎn)進(jìn)行精確修改，它就很難做到了，如治療地中海貧血病。而這類點(diǎn)突變造成的遺傳病，又占了人類所有遺傳病的一大半。此外，還有其他與點(diǎn)突變有關(guān)的疾病，如癌癥（p53突變）等，CRISPR/Cas9系統(tǒng)基本上是束手無策的。

這個時候，堿基編輯器（Baseeditor,BE）出現(xiàn)了。

2016年，華人科學(xué)家劉如謙博士（DavidLiu）對CRISPR/Cas9系統(tǒng)進(jìn)行了修改，將剪刀換成了涂改器，首次將DNA上的C改成了T，稱之為胞嘧啶堿基編輯器（CBE）[4]。

2017年，他又再接再厲，成功發(fā)明了能將A改為G的堿基編輯器，稱為腺嘌呤堿基編輯器（ABE）[5]。

有了CBE和ABE的組合，我們就能任意修改DNA上的單個堿基了（利用堿基互補(bǔ)原則）。

聽起來很完美，可問題卻還是存在。

CRISPR/Cas9系統(tǒng)有時會出現(xiàn)嚴(yán)重的脫靶問題，大家都知道，我們也稱曾做過報(bào)道。

CRISPR/Cas9系統(tǒng)脫靶的原因，在于它的Cas9酶（也就是剪刀）有時候會不遵循gRNA的引導(dǎo)，在DNA的非目標(biāo)區(qū)域亂剪一氣，由此造成脫靶。

把剪刀換成涂改器就安全了嗎？

還是讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來說話。

中科院神經(jīng)所的楊輝研究員帶領(lǐng)一個聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，對堿基編輯器在動物基因組上的脫靶情況，進(jìn)行了檢測。他們對CRISPR/Cas9系統(tǒng)、CBE、ABE這幾種基因編輯技術(shù)進(jìn)行了比較。

為了避免自然突變造成的誤差，研究人員發(fā)明一種叫GOTI的技術(shù)。這個技術(shù)是將小鼠二細(xì)胞胚胎進(jìn)行編輯，被編輯過的細(xì)胞會帶熒光，而未編輯的細(xì)胞不帶熒光。

然后讓這個胚胎繼續(xù)發(fā)育，等到14.5天后，胚胎擁有了足夠的細(xì)胞，將其消化為單細(xì)胞。用流式細(xì)胞儀將編輯過或未編輯過的細(xì)胞分開。編輯過的細(xì)胞和未編輯過的細(xì)胞都來自同一個胚胎，就可以相互對照，最大程度地消除自發(fā)突變的影響。

對這些細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞全基因組測序，比較各個編輯器引起的單堿基突變（SNVs）發(fā)現(xiàn)，CBE（BE3.0）編輯過的胚胎上平均擁有283個的單堿基突變，其中90%是C到T的突變（CBE的能力），是陰性對照（自發(fā)突變）的20倍！而CRISPR/Cas9、ABE等系統(tǒng)造成的突變數(shù)量，和自發(fā)突變類似。

而且，CBE造成的突變中，1個突變出現(xiàn)在了原癌基因上，而13個突變出現(xiàn)在了抑癌基因上。CBE脫靶造成的威脅是可見的。

此外，他們還檢測了基因組上Indel形式的脫靶（主要是CRISPR/Cas9系統(tǒng)引起的），發(fā)現(xiàn)每個細(xì)胞平均只有0-4個Indel。CRISPR/Cas9系統(tǒng)引起的脫靶概率，并沒有人們擔(dān)憂的那么高。

高彩霞研究員實(shí)驗(yàn)室在水稻中也發(fā)現(xiàn)，CBE，而不是ABE會在全基因組上引發(fā)過多的突變。而且無論加不加gRNA進(jìn)行引導(dǎo)，突變都會出現(xiàn)。

這兩個獨(dú)立進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，分別在不同的模式物種中，得到了一致的結(jié)果。不得不引發(fā)人們對堿基編輯器脫靶效應(yīng)的深思。

作為堿基編輯器的發(fā)明人，劉如謙博士表示，總的來說，這些脫靶仍很罕見，不太可能影響實(shí)驗(yàn)室對該技術(shù)的使用。但是，這些足以讓任何打算在病人身上使用這項(xiàng)技術(shù)的人感到擔(dān)憂。

而其他學(xué)者進(jìn)一步表示，要深入探索造成突變的原因，進(jìn)而加以改進(jìn)。

韓國著名CRISPR技術(shù)研究者，Jin-SooKim教授說道“這兩篇論文非常有趣，也非常重要。現(xiàn)在重要的是確定哪些成分引起了這些額外的突變，以及如何減少或避免它們。”[6]

ABE與CBE的差異就在于所帶的涂改器（酶）不一樣，因此也造成了脫靶結(jié)果不一樣。這也為科學(xué)家們提供了觀察和改進(jìn)的窗口。

事實(shí)上，很多科學(xué)家并沒有對這個消息抱以悲觀的態(tài)度，這也不會撲滅他們研究的熱情。很多實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)重新啟程。