現代醫學的巨大挑戰之一是治癒衰弱的遺傳性疾病。在過去十年時間中，CRISPR技術的發展和遺傳學研究的進步為患者及其家庭帶來了新的希望。然而這些新方法的安全性仍是一個重要的問題。
現在，一個生物學家團隊開發了一種更安全的新方法，它可能在未來糾正基因缺陷。他們的策略利用了天然的DNA修復機制並為新型的基因治療策略提供了一個基礎，其有可能治癒大量的遺傳性疾病。該研究於7月1日發表在《Science Advances》雜誌上，由加州大學聖地亞哥分校(UCSD)的一個生物學家團隊展開，其中包括博士後學者Sitara Roy、專家Annabel Guichard和Ethan Bier教授。
那些患有遺傳性疾病的人往往在從父母那裡繼承的兩份基因中攜帶不同的突變。這意味着在許多情況下，一條染色體上的突變會在另一條染色體上有一個功能序列對應。科學家們使用CRISPR基因編輯工具來利用這一事實。
該研究的論文第一作者Guichard說道：“健康的變體可以被細胞的修復機制用來在切割突變的DNA后糾正有缺陷的突變，值得注意的是，這可以通過一個簡單的無害缺口更有效地實現。”
科學家們在果蠅中設計了突變體，通過它們眼睛中色素的產生允許可視化這種“同源染色體修復(HTR)”。這種突變體最初的特點是眼睛完全是白色的。但當同樣的蒼蠅表達CRISPR組件（一種引導RNA加Cas9）時，它們的眼睛上顯示出大面積的紅色斑塊，這表明細胞的DNA修復機制已經成功地利用另一條染色體的功能性DNA逆轉了突變。
然後，研究人員用被稱為“缺口酶”的Cas9變體測試了他們的新系統，該變體只針對DNA的一條鏈而不是兩條鏈。令人驚訝的是，研究人員們發現這種缺口也能使紅眼顏色得到高水平的恢復，幾乎跟正常（非突變）的健康蒼蠅一樣。他們發現缺口酶的修復成功率為50-70%，而雙鏈切割Cas9的修復成功率僅為20-30%，後者也會產生頻繁的突變並針對整個基因組的其他位點。
研究論文第一作者Roy表示：“我無法相信缺口酶的效果有多好，這完全是意料之外的。研究人員指出，這個新系統的多功能性可以作為修復哺乳動物基因突變的模型。”
Guichard則指出：“我們還不知道這個過程將如何轉化為人類細胞以及我們是否可以將其應用於任何基因。可能需要進行一些調整，才能獲得人類染色體攜帶的致病突變的高效HTR。”
這項新研究擴展了該小組以前在用“等位基因驅動”進行精確編輯方面取得的成就。“等位基因驅動”擴展了基因驅動的原理，用一種引導RNA來指導CRISPR系統切割基因的不希望的變體並用該基因的首選版本來取代它們。
該小組研究的一個關鍵特徵是，他們基於缺口酶的系統導致的靶上和靶外突變要少得多，而更多傳統的基於Cas9的CRISPR編輯是已知的。他們還稱，在幾天內緩慢、持續地提供缺口酶成分可能比一次性提供更有利。
Bier說道：“這種方法的另一個顯著優勢是其簡單性。它所依賴的成分非常少，而且DNA斷裂是‘軟’的，不像Cas9那樣產生完整的DNA斷裂，往往伴隨着突變。”
“如果可以通過促進組間配對或優化缺口特異性修復過程來增加這種事件的頻率，那麼可以利用這種策略來糾正許多顯性或反雜合的致病突變，”Roy說道。