自从CRISPR基因组编辑技术于2012年发明以来，它已经显示出治疗许多难治性疾病的巨大希望。然而，科学家们一直在努力确定治疗相关细胞类型的潜在脱靶效应，这仍然是将治疗方法转移到临床的主要障碍。现在，格拉德斯通研究所和创新基因组学研究所(IGI)的一组科学家与阿斯利康的合作者已经开发出一种可靠的方法来实现这一目标。
CRISPR通过在特定位置切割DNA来编辑人的基因组。面临的挑战是确保该工具不会在DNA的其他地方进行切割 - 损害称为“脱靶效应”，这可能会带来无法预料的后果。
在明天将发表在“科学”杂志上的一项研究中，两位第一作者Beeke Wienert和Stacia Wyman找到了解决问题的新方法。
“当CRISPR切割时，DNA被破坏，”Wienert博士说道，他开始在Jacob E. Corn的IGI实验室工作，现在是格拉德斯通Bruce R. Conklin实验室的博士后学者。“因此，为了生存，细胞将许多不同的DNA修复因子募集到基因组中的特定位点以修复断裂并将切割末端连接在一起。我们认为如果我们能够找到这些DNA修复因子的位置，我们可以确定被CRISPR切割的网站。“
为了测试他们的想法，研究人员研究了一组不同的DNA修复因子。他们发现其中一个叫MRE11，是切割现场的第一个响应者之一。科学家利用MRE11开发了一种名为DISCOVER-Seq的新技术，该技术可以识别出CRISPR切割基因组的确切位点。
“人类基因组非常庞大 - 如果你打印出完整的DNA序列，你最终会得到一本高达16层的小说，”格拉德斯通的高级研究员兼IGI副主任康克林说。“当我们想用CRISPR切割DNA时，就像我们试图删除该小说中特定页面上的一个特定单词一样。”
“你可以将DNA修复因素视为书中添加的不同类型的书签，”康克林补充道。“虽然有些人可能会将整个章节加入书签，但MRE11却是一个书签，可以精确到完所有的字母。”
目前存在检测CRISPR脱靶效应的不同方法。然而，它们具有从产生假阳性结果到杀死它们正在检查的细胞的限制。此外，迄今为止最常用的方法目前仅限于在实验室中用于培养细胞，不包括其在患者来源的干细胞或动物组织中的用途。
“因为我们的方法依赖于细胞的自然修复过程来识别切口，所以它已被证明侵入性更小，更可靠，”现在在苏黎世联邦理工学院开设实验室的Corn博士说。“我们能够在诱导多能干细胞，患者细胞和小鼠中测试我们新的DISCOVER-Seq方法，我们的研究结果表明，这种方法可以用于任何系统，而不仅仅是在实验室中。”
DISCOVER-Seq方法通过应用于新的细胞类型和系统，也揭示了CRISPR用于编辑基因组的机制的新见解，这将导致更好地理解该工具如何工作的生物学。
“这种新方法大大简化了识别脱靶效应的过程，同时也提高了结果的准确性，”康克林说，他也是加州大学旧金山分校(UCSF)的医学遗传学和分子药理学教授。“这可以让我们更好地预测基因组编辑如何在临床环境中发挥作用。因此，它代表了改善临床前研究和使基于CRISPR的疗法更接近有需要的患者的重要步骤。”