CRISPR 大危机？Nature 子刊报道小鼠体内出现数百种意外突变

2017年5月30日发表于 Nature Methods 的一篇论文指出 CRISPR-Cas9基因编辑技术导致数百种意料之外的脱靶突变，为该技术用于人类基因治疗蒙上了一层阴影。

本文经授权转载自公众号“BioArt”（ID: biogossip）

CRISPR-Cas9 基因编辑技术以其简易、高效和多样化的特点，目前正被广泛应用于各类模式生物中的基因功能研究，其中最受瞩目的当属将该技术应用于人类疾病的相关基因治疗之中。特别值得一提的是，来自四川大学华西医院肿瘤学家卢铀教授及其研究小组进行，率先在全球范围内开展首个 CRISPR-Cas9 基因编辑临床试验治疗肺癌，一时引起轰动，引发了国内外各大媒体的广泛关注。去年11月15日，Nature 杂志还以“CRISPR gene-editing tested in a person for the first time”为题作了相关报道。

卢铀教授。图片来源于网络

然而，Nature Methods 杂志于当地时间5月30日刚刚发表了一项来自美国哥伦比亚大学医学中心（Columbia University Medical Center）关于“CRISPR-Cas9技术可引发基因组上发生数百个意想不到的的基因突变”的研究论文。

该论文的重要作者之一 Stephen Tsang（哥伦比亚大学医学中心/人类营养研究所眼科学、病理和细胞生物学副教授）对媒体表示，“我们认为科学共同体所考虑到的 CRISPR 脱靶效应导致的基因突变所产生的潜在危害是至关重要的，这些突变包括单核苷酸突变以及基因组非编码区产生的突变”。

Stephen Tsang 博士

CRISPR-Cas9 基因编辑技术从诞生之日起，关于该技术潜在的脱靶效应一直是个受人关注的话题，尽管此前也有不少课题组努力改进该项技术尽可能地减少其脱靶效率，但是似乎脱靶是难免的。针对 CRISPR-Cas9 的脱靶效应，目前科学家也开发了许多算法用于寻找可能的脱靶位点。

图片来自网络

在这项研究中，研究人员对课题组此前获得的进行过 CRISPR 基因编辑的小鼠进行了全基因组测序，旨在寻找所有的 CRISPR 引发的基因突变，包括那些单碱基突变。

研究人员在确认了两只小鼠体内已经用 CRISPR 技术成功修复了导致小鼠失明的基因之后，通过全基因组测序后发现小鼠体内有超过1500个单核苷酸发生突变，并且有100个以上的位点发生发生了大片段的缺失和插入。值得一提的是，上述这些突变无一通过计算机设置的算法预测到。

Nature Method 论文中的部分关键实验结果统计，图中表示的是两只小鼠中的突变情况统计。

Stephen Tsang 博士进一步表示道，“研究人员一般并不会使用全基因组测序手段去检测脱靶效应导致的基因突变位点，并且可能忽视了潜在的重要突变位点，因为即便是单碱基突变也有可能造成较大的影响。并且希望他们的研究能够鼓励其它相关研究人员也使用全基因组测序技术去检测使用 CRISPR 技术所致的突变位点，带动研究人员开发出更加安全和精准的基因编辑技术”。

这篇 Correspondence 较为简短，也有学者质疑实验对照设计不足、所使用的 sgRNA 也并非最佳版本。我们将继续跟进该论文引起的争议和评论。

参考资料：

1、https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-05/cumc-cge052617.php

2、http://www.sci-news.com/genetics/crispr-cas9-mutations-04903.html

3、http://newatlas.com/crispr-gene-editing-causes-mutations/49762/

4、https://phys.org/news/2017-05-crispr-gene-hundreds-unintended-mutations.html

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论文信息

标题 Unexpected mutations after CRISPR–Cas9 editing in vivo

期刊  Nature Methods

日期 May 30, 2017.

摘要  CRISPR–Cas9 editing shows promise for correctingdisease-causing mutations. For example, in a recent study weused CRISPR-Cas9 for sight restoration in blind rd1 mice by correctinga mutation in the Pde6b gene. However, concerns persistregarding secondary mutations in regions not targeted by thesingle guide RNA (sgRNA). Algorithms generate likely off-targetsites for a given gRNA, but these algorithms may miss mutations.Whole-genome sequencing (WGS) has been used to assess thepresence of small insertions and deletions (indels) but not toprobe for single-nucleotide variants (SNVs) in a whole organism.We performed WGS on a CRISPR–Cas9-edited mouse toidentify all off-target mutations and found an unexpectedly highnumber of SNVs compared with the widely accepted assumptionthat CRISPR causes mostly indels at regions homologous to thesgRNA. 

链接 https://www.nature.com/nmeth/journal/v14/n6/full/nmeth.4293.html

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▽ 论文导读

· Nature 一周论文导读 | 2017 年 5 月 18 日

· Science 一周论文导读 | 2017 年 5 月 19 日

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