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基因剪輯技術 CRISPR 或致非預期基因突變

2017/6/1 — 9:35

以金黃葡萄球菌製作的 Cas9 蛋白(白色)
Credit: Thomas Splettstoesser via Wikipedia

以金黃葡萄球菌製作的 Cas9 蛋白(白色)
Credit: Thomas Splettstoesser via Wikipedia

正當基因剪輯技術 CRISPR 進入臨床測試階段,最新刊於《自然 — 方法》的美國研究卻顯示,技術有可能造成上以千計意外的基因突變。

美國哥倫比亞大學病理及細胞生物學副教授 Stephen Tsang 指,其團隊的發現對科學界正視基因剪輯技術的潛在風險非常重要,因為 CRISPR 有機會造成包括 DNA 與 RNA 單體結構核苷酸 (Nucleotide) 上的突變,以及基因組其他非負責基因編碼區之突變。

有關 CRISPR

CRISPR 全名為 clustered, regularly interspaced, short palindromic repeats (群聚且有規律間隔短回文重複序列),是根據細菌免疫防衛機制發展出來的基因剪輯技術——細菌會在自身基因組中留下外來基因片段作為「記憶」,下次再有同樣微生物或噬菌體入侵時能快速將之消滅。而 CRISPR 須依賴不同蛋白質才可剪輯基因,現時所用的主要為 Cas9 與 Cpf1 兩種蛋白質。

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CRISPR/Cas 9 剪輯技術以快速、準確度高見稱,有助生物學家理解細菌基因在致病時擔當的角色。 CRISPR/Cas 9 亦被視為創造出更強效基因治療的希望,不單可加入基因,而且可刪除、修復有問題基因。

現時,中國已正在進行全球首個 CRISPR 臨床測試,美國則會於明年進行。雖然技術能準確處理目標基因,但仍有時會攻擊基因組其他部份。故此,大部份研究會以同一電腦摸擬程式,預測 CRISPR 會影響基因組哪會地方,繼而分析該區域有什麼基因被加減。

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不過,科學界只知道培養皿中使用 CRISPR 的細胞或組織能被電腦準確預測突變反應, CRISPR 對動物活體整個基因組排序的影響,則從未被了解。 Stephen Tsang 的研究團隊就對比 2 隻經 CRISPR 處理的老鼠與正常老鼠基因組分別,以了解所有 CRISPR 造成的突變情況。

該些經 CRISPR 處理的老鼠,之前已被確認改正到一個致盲基因,但牠們出現了逾 1,500 個核苷酸突變以及 100 個較大型的基因加減。最重要的是,這些突變並未被電腦預測到。

雖然 CRISPR 未有對老鼠健康產生明顯問題,但一個核苷酸突變足以影響整個基因組。有份參與研究的史丹福眼科學副教授 Vinit Mahajan 指,他們作為醫生,知道所有新治療方法也有潛在副作用,所以必須加倍小心。不過,團隊仍對技術持樂觀態度。

Stephen Tsang 則期望研究能鼓勵其他研究團隊使用全個基因組排序,找出偏離預期的突變。現時亦有其他研究團隊正在改善 CRISPR 技術中使用的酵素,更準確剪輯目標基因。然而,是次研究樣本極小,未知其他團隊能否重覆製造同樣結果。

來源:
Phys.org, CRISPR gene editing can cause hundreds of unintended mutations, 29 May 2017
New Scientist, CRISPR causes many unwanted mutations, small study suggests, 30 May 2017

報告:
Schaefer, K.A., Wu, W.H. & et al. (2017). Unexpected mutations after CRISPR–Cas9 editing in vivo. Nature Methods 14, 547-548 (2017). doi:10.1038/nmeth.4293

文/Alan Chiu 、審核/TC Chow

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