麻省理工學院和哈佛大學布羅德研究所的研究人員開發了一種新版本的引導編輯（Prime Editing）技術，可以“安裝”或調換基因大小的DNA序列。引導編輯首次開發於2019年，是一種在人類細胞中進行廣泛多樣的基因編輯的精確方法，包括小的替換、插入和刪除。
在2021年12月9日發表在《自然-生物技術》上的一項研究中，該團隊描述了雙引導編輯（twinPE），一種進行兩個相鄰的引導編輯的技術，在基因組的特定位置引入較大的DNA序列，很少有不必要的副產品。隨着進一步的發展，該技術有可能被用作一種新的基因療法，以安全和高度針對性的方式插入治療性基因，以取代變異或缺失的基因。
研究人員通過在人類細胞中編輯與亨特氏綜合征（一種罕見的遺傳性疾病）有關的基因，證明了twinPE技術的治療潛力。這種疾病是由一段特定的40000個鹼基對的DNA倒置引起的。研究小組利用twinPE技術在基因組的同一位置引入了一個類似長度的倒置，顯示了該方法如何被用來糾正致病突變。該團隊還使用twinPE技術精確地將基因大小的數千個鹼基對的DNA貨物插入基因組中的治療相關部位。
該方法解決了最初的引導編輯系統的一個局限性，它只能編輯幾十個鹼基對。然而，對一些遺傳疾病的研究或治療可能需要更大的編輯。與最初的引導編輯方法一樣，TwinPE也沒有通過在同一位置同時切割兩條鏈來完全切斷DNA雙螺旋，這可能會誘發控制不良的編輯結果和有害的染色體異常。
該研究的資深作者、理查德-梅金教授和布羅德研究所梅金醫療轉型技術研究所所長、哈佛大學教授、霍華德-休斯醫學研究所研究員David Liu說：“在病人身上插入一個健康的基因，而不產生雙鏈斷裂和副產品的混合物一直是基因編輯的長期挑戰之一。”
“TwinPE可能是一種潛在的更安全和更精確的方式，將有治療意義的全基因插入我們指定的位置，如健康個體中原生基因的位置或被認為可將副作用風險降至最低的‘安全港’位置。”
黃金時間的編輯
由David實驗室開發的引導編輯技術能夠實現DNA替換、插入和刪除，並有望糾正大多數已知的致病基因變異。最近對引導編輯技術的改進提高了其效率，使其更接近於治療性應用。但編輯長度超過100個鹼基對的序列仍然效率不高。
TwinPE技術填補了這一空白。該系統使用一個引導編輯蛋白和兩個引導編輯指導RNA，它們指導編輯機器並對編輯進行編碼。兩條引導RNA中的每一條都引導編輯蛋白在基因組的不同目標位點上的DNA上做一個單鏈缺口，避免了其他方法中產生不必要的副產品的那種雙鏈斷裂現象。然後，該系統合成兩條新的互補DNA鏈，在這兩個缺口之間包含所需的序列。使用這種方法，該團隊能夠插入、替換或刪除長達大約800個鹼基對的序列。
為了編輯更大的序列，研究人員使用他們的twinPE技術在基因組中為稱為位點特異性重組酶的酶安裝“着陸點”，這些酶在基因組的特定位點催化DNA的整合。然後，該團隊用重組酶處理細胞，並將他們想要插入基因組的長片DNA引入。結合twinPE和重組酶，科學家們可以編輯數千個鹼基對長的序列–整個基因的長度。
David和他的團隊現在正在測試不同的重組酶，這些重組酶可能會使twinPE更有效率。他們還在評估twinPE安裝更長基因序列的能力。
David說：“包括我們在內的許多實驗室長期以來的願望是能夠以科學家在過去幾年中推進基因編輯的方式推進基因治療。這項研究，連同其他科學家的其他努力，可能標誌着新一代基因治療策略的開始，就像CRISPR核酸酶、鹼基編輯和質粒編輯代表了新一代基因編輯技術的開始。”