2018年11月26日，中國(guó)科學(xué)家賀建奎聲稱世界上首批經(jīng)過基因編輯的嬰兒---一對(duì)雙胞胎女性嬰兒---在11月出生。他利用一種強(qiáng)大的基因編輯工具CRISPR-Cas9對(duì)這對(duì)雙胞胎的一個(gè)基因進(jìn)行修改，使得她們出生后就能夠天然地抵抗HIV感染。這也是世界首例免疫艾滋病基因編輯嬰兒。這條消息瞬間在國(guó)內(nèi)外網(wǎng)站上迅速發(fā)酵，引發(fā)千層浪。有部分科學(xué)家支持賀建奎的研究，但是更多的是質(zhì)疑，甚至是譴責(zé)。

過去的5月份，有哪些重大的CRISPR/Cas研究或發(fā)現(xiàn)呢？小編梳理了一下CRISPR/Cas研究方面的新聞，供大家閱讀。

Science子刊：經(jīng)過CRISPR編輯的B細(xì)胞產(chǎn)生抗體，對(duì)抗難以治療的病毒

doi:10.1126/sciimmunol.aax0644

盡管進(jìn)行了數(shù)十年的研究，但尚未有得到批準(zhǔn)的疫苗能夠長(zhǎng)期預(yù)防流感病毒、愛潑斯坦巴爾病毒（EBV）或呼吸道合胞病毒（RSV）。比如，對(duì)作為一種引起呼吸道感染的病原體的RSV而言，高風(fēng)險(xiǎn)嬰兒每月接受合成抗體注射，以便在短期內(nèi)保護(hù)這些嬰兒。近年來，幾組研 究人員探索了一種不同的方法：利用免疫系統(tǒng)自身產(chǎn)生抗體的B細(xì)胞，并利用CRISPR對(duì)它們進(jìn)行改造，以便在感染的情況下按要求大量表達(dá)針對(duì)這些難以治療的病毒的抗體。

在一項(xiàng)新的研究中，來自美國(guó)弗雷德哈欽森癌癥研究中心和華盛頓大學(xué)的研究人員通過這樣做，成功地對(duì)人類和小鼠B細(xì)胞進(jìn)行基因修飾來表達(dá)靶向HIV、EBV、流感病毒和RSV的抗體。他們還證實(shí)這些經(jīng)過基因改造的B細(xì)胞在小鼠感染模型中阻止RSV感染。相關(guān)研究結(jié)果發(fā) 表在2019年5月17日的Science Immunology期刊上，論文標(biāo)題為“B cells engineered to express pathogen-specific antibodies protect against infection”。

為了對(duì)B細(xì)胞進(jìn)行修飾，弗雷德哈欽森癌癥研究中心免疫學(xué)家Justin Taylor和他的團(tuán)隊(duì)探究了在之前研究中經(jīng)證實(shí)有效對(duì)抗這四種病毒中的每一種的抗體。他們使用一種常規(guī)的CRISPR策略將編碼抗體的DNA插入到在原代人B細(xì)胞的抗體編碼基因上產(chǎn)生的小切口中。

這些研究人員設(shè)計(jì)了這種插入，使得新抗體蛋白的表達(dá)受到這些細(xì)胞自身啟動(dòng)子的調(diào)節(jié)，從而允許這些細(xì)胞能夠像正常那樣在經(jīng)受病毒抗原觸發(fā)后產(chǎn)生它們。他們將盡可能多地讓這些經(jīng)過修飾的B細(xì)胞分化為分泌抗體的血漿B細(xì)胞，這些血漿B細(xì)胞在它們的細(xì)胞表面上表達(dá) 這些抗體并分泌它們。

一旦這些研究人員證實(shí)這些經(jīng)過修飾的B細(xì)胞中的一個(gè)合理比例確實(shí)表達(dá)這些新抗體，他們就會(huì)研究這些細(xì)胞是否在小鼠中抵抗病毒感染。他們?cè)谛∈驜細(xì)胞中重復(fù)了這個(gè)過程，誘導(dǎo)它們表達(dá)靶向RSV的抗體，將成功修飾的B細(xì)胞群體灌注到正常的嚙齒動(dòng)物中，然后等待一 段時(shí)間。六天后，RSV特異性抗體出現(xiàn)在它們的血清中，但沒有出現(xiàn)在對(duì)照小鼠中。這些小鼠中的一些動(dòng)物接受鼻內(nèi)劑量的RSV注射，這些經(jīng)過修飾的B細(xì)胞成功地抵抗這種病毒。五天之后，這些研究人員幾乎沒有在血液中含有這些經(jīng)過修飾的B細(xì)胞的小鼠肺部中檢測(cè)到任 何水平的RSV，但是他們?cè)诓缓羞@些B細(xì)胞的對(duì)照小鼠中發(fā)現(xiàn)了高水平的這種病毒。

圖片來自Science Immunology, 2019, doi:10.1126/sciimmunol.aax0644。

Cell：首次發(fā)現(xiàn)阻斷CRISPR-Cas9基因組編輯的小分子抑制劑
doi:10.1016/j.cell.2019.04.009

在一項(xiàng)新的研究中，來自美國(guó)布羅德研究所等研究機(jī)構(gòu)的研究人員發(fā)現(xiàn)釀膿鏈球菌Cas9（SpCas9）的首批小分子抑制劑能夠更精確地控制基于CRISPR-Cas9的基因組編輯。具體而言，他們通過開發(fā)一系列高通量生物化學(xué)分析方法和基于細(xì)胞的分析方法，篩選了許多小分子 ，以便鑒定出能夠破壞SpCas9與DNA結(jié)合因而干擾它的DNA切割能力的化合物。這些首批小分子CRISPR-Cas9抑制劑很容易進(jìn)入細(xì)胞，并且比之前發(fā)現(xiàn)的抗CRISPR蛋白小得多。這些新化合物可以對(duì)基于SpCas9的編輯技術(shù)進(jìn)行可逆的和劑量依賴性的控制，包括它們?cè)诓溉閯?dòng)物 細(xì)胞中進(jìn)行基因編輯、堿基編輯和表觀遺傳編輯的應(yīng)用。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2019年5月2日的Cell期刊上，論文標(biāo)題為“A High-Throughput Platform to Identify Small-Molecule Inhibitors of CRISPR-Cas9”。 

論文通訊作者、布羅德研究所的Amit Choudhary說道，“這些技術(shù)為快速鑒定和使用針對(duì)SpCas9和下一代CRISPR相關(guān)核酸酶的小分子抑制劑奠定了基礎(chǔ)。靶向CRISPR相關(guān)核酸酶的小分子抑制劑具有廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究、生物醫(yī)學(xué)和國(guó)防研究以及生物技術(shù)應(yīng)用的潛力。”

PLoS Biol：中國(guó)科學(xué)家評(píng)論 能天然抵御HIV感染的基因編輯嬰兒真的好嗎？

doi:10.1371/journal.pbio.3000224

近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志PLoS Biology上的研究報(bào)告中，來自中國(guó)科學(xué)院的科學(xué)家們通過研究表示，對(duì)人類進(jìn)行生殖細(xì)胞系基因編輯的首個(gè)報(bào)道案例是非常糟糕且有背倫理道德的。

文章中，研究者批評(píng)了去年在第二屆基因編輯世界峰會(huì)上中國(guó)研究者賀建奎發(fā)表的研究，即其描述了利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)來修改機(jī)體中CCR5基因，該基因編碼了一種HIV用于進(jìn)入人體白細(xì)胞所需的特殊受體，CCR5基因在兩個(gè)胚胎中進(jìn)行了修飾，最后兩個(gè)修飾后的女嬰誕生了，研究者認(rèn)為，利用基因編輯技術(shù)制造出對(duì)HIV感染產(chǎn)生免疫的嬰兒對(duì)于其父親為HIV陽(yáng)性是非常必要的。

本文研究中，研究者認(rèn)為，上述項(xiàng)目在多個(gè)層面上存在誤解，通過已經(jīng)建立的輔助生殖技術(shù)在孕期可以實(shí)現(xiàn)避免HIV的感染，而且在出生后通過共同的風(fēng)險(xiǎn)避免措施就能夠有效避免HIV的感染，盡管天然存在的CCR5突變與一些歐洲人群對(duì)HIV的抗感染有關(guān)，但該突變并不能有效阻斷所有HIV毒株的感染，而且目前尚沒有研究來闡明器對(duì)中國(guó)人群的潛在健康影響，而且賀建奎并未剔除詳細(xì)的計(jì)劃來追蹤嬰兒評(píng)估其后期的健康影響。

研究者認(rèn)為，賀建奎的研究工作依賴于關(guān)于分子過程和基因編輯后果的具體假設(shè)，而這些假設(shè)是具有爭(zhēng)議性的，此外，其科學(xué)的質(zhì)量并不是合格的，因?yàn)橛行?shí)驗(yàn)缺乏適當(dāng)?shù)膹?fù)制，而且其對(duì)脫靶的分析也并不充分。賀建奎及其團(tuán)隊(duì)的行為嚴(yán)重違背了中國(guó)的法規(guī)及國(guó)際科 學(xué)界達(dá)成的共識(shí)，研究者Haoyi Wang表示，我們對(duì)此表示強(qiáng)烈潛在，因?yàn)槠湫袨樵诳茖W(xué)和道德上都是非常不負(fù)責(zé)任的，有關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)該對(duì)此進(jìn)行深入調(diào)查并發(fā)布相關(guān)數(shù)據(jù)，后期還應(yīng)該通過明確和嚴(yán)格的法律規(guī)定來規(guī)范未來科學(xué)家們對(duì)人類生殖細(xì)胞系所進(jìn)行的基因編輯實(shí)驗(yàn)研究。

Science子刊：一種新型腺嘌呤堿基編輯器可讓細(xì)胞RNA編輯最小化

doi:10.1126/sciadv.aax5717

在一項(xiàng)新的研究中，來自美國(guó)布羅德研究所和哈佛大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)有證據(jù)表明使用堿基編輯器會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞中出現(xiàn)意想不到的RNA編輯。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2019年5月8日的Science Advances期刊上，論文標(biāo)題為“Analysis and minimization of cellular RNA editing by DNA adenine base editors”。在這篇論文中，他們描述了他們對(duì)CRISPR類型腺嘌呤堿基編輯器（ABE）的研究，以及他們?nèi)〉玫陌l(fā)現(xiàn)。

ABE將一個(gè)DNA堿基對(duì)轉(zhuǎn)換成另一個(gè)DNA堿基對(duì)，從而允許修復(fù)某些細(xì)胞類型中的突變，而不會(huì)產(chǎn)生不想要的編輯效應(yīng)。據(jù)認(rèn)為，ABE還有潛力校正幾乎一半已知的導(dǎo)致醫(yī)學(xué)疾病的遺傳異常。ABE的科學(xué)基礎(chǔ)對(duì)醫(yī)學(xué)界來說變得越來越重要。不幸的是，最近的一些研究已發(fā)現(xiàn)，ABE可能也會(huì)導(dǎo)致意料之外的編輯。在今年3月，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)胞嘧啶堿基編輯器3型（CBE3）以高于正常的速率誘導(dǎo)單核苷酸變異。在上個(gè)月，另一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)胞嘧啶堿基編輯器（CBE）和ABE導(dǎo)致RNA中的脫靶編輯。在這項(xiàng)新的研究中，這些研究人員試圖在使用ABE時(shí)進(jìn)一步測(cè)試脫靶編輯，并在確認(rèn)后找到一種解決方案。

這些研究人員以一種包括人細(xì)胞系中所有細(xì)胞RNA轉(zhuǎn)錄本的方式分析了ABE的最新版本，稱為ABEmax，而且他們使用比其他人使用的更靈敏的工具來做到這一點(diǎn)。他們報(bào)道他們確實(shí)在RNA樣本中發(fā)現(xiàn)了低水平的脫靶編輯。為了解決這個(gè)問題，他們開發(fā)了在保留在靶堿基編輯的能力同時(shí)導(dǎo)致較少RNA編輯的新型ABE變體（基于滅活的野生型大腸桿菌）。他們進(jìn)一步報(bào)道說，這些新型變體是以一種讓RNA和DNA編輯過程解耦合的方式構(gòu)建出來的，這樣就能夠最大限度地減少DNA和RNA中的脫靶編輯。

圖片來自Vossman/Wikipedia。
 

PNAS：CRISPR助力人類神經(jīng)細(xì)胞的寨卡病毒抗性篩選

doi: 10.1073/pnas.1900867116

寨卡病毒（ZIKV）是一種神經(jīng)性和神經(jīng)毒性蟲媒病毒，對(duì)發(fā)育中的人類胎兒大腦會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。迄今為止，人們對(duì)ZIKV感染人類神經(jīng)細(xì)胞所需的因素知之甚少。

最近，研究人員使用全基因組CRISPR-Cas9敲除篩選，在人多能干細(xì)胞（hPSC）衍生的神經(jīng)祖細(xì)胞（NP）中鑒定了ZIKV宿主基因。研究人員發(fā)現(xiàn)，涉及乙酰肝素硫酸化，內(nèi)吞作用，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工，高爾基體功能和干擾素活性的宿主因子的突變賦予細(xì)胞對(duì)ZIKV的烏干達(dá)菌株和最近的北美分離株的感染的抗性。 

在人NP中鑒定的ZIKV復(fù)制必需的宿主基因也在同基因人星形膠質(zhì)細(xì)胞中提供低水平的針對(duì)ZIKV的保護(hù)。

因此，該研究結(jié)果提供了對(duì)高度脆弱的人類NP細(xì)胞中ZIKV感染的宿主依賴性機(jī)制的見解，并確定了潛在治療干預(yù)的分子靶點(diǎn)。