科学家表示，这项新技术使大段DNA能够插入基因组，有望将基因疗法从取消致病突变扩展到替换整个基因。
研究人员在《自然》杂志上报告称，他们通过插入DNA来改进一种称为"先导编辑"(prime editing)的技术，该DNA通过一系列重叠片段与基因组连接。他们将这种方法称为"先导组装"(prime assembly)方法，避免了基因治疗领域的一个瓶颈——供体DNA的双链断裂，这种断裂可能导致细胞毒性并杀死细胞。
该研究的共同第一作者、俄亥俄州立大学医学院生物化学和药理学助理教授刘斌(Bin Liu)表示："使用这种方法，我们是在进行基因组组装，而不是对单个基因进行小修小补。如果把基因组比作一本书，我们可以删除一个段落并用新的段落替换它——甚至可以重写一章。"
刘斌表示，这种区别很重要：因为某些疾病涉及数百个突变，追求基因治疗将需要数百次基因编辑，而每次编辑都需要单独的联邦审批。
他说："这项技术最大的影响是我们可以一次性纠正1000个不同的突变。"
在使用哺乳动物细胞的研究中，刘斌和来自马萨诸塞大学陈医学院(University of Massachusetts Chan Medical School)的其他共同第一作者展示，该技术可以高效插入包含多达11,000个碱基对的DNA片段——相比之下，其他方法最多只能成功插入约800个碱基对。
他说："我们尝试挑战该技术的上限，看看能够插入多大的DNA片段。使用我们的方法，我们设想建立一个通用平台，直接将健康的基因拷贝整合到患者体内，无论他们有什么突变。"
实现大DNA片段的插入涉及多种技术的组合。
用于此类治疗的任何健康"供体"DNA都可以在实验室中制造。研究人员使用双先导编辑(twin prime editing)方法在目标DNA上生成可编程片段，将DNA插入引入基因组。这些片段与供体DNA的末端互补，避免了双链断裂。刘斌表示，这种插入确实会引起单链DNA断裂，但与双链断裂相比，单链断裂对细胞的毒性可能性较低。
他表示，在哺乳动物细胞培养中评估和可视化插入效率的实验展示了该方法的前景。
编辑步骤消除了对一种称为"同源定向修复"(homology directed repair)的修复机制的依赖，这种机制一直是涉及DNA切割的基因编辑技术的关键部分。通过排除这种发生在活跃分裂细胞中的修复步骤，先导组装技术可以整合单链和双链DNA供体，并可用于神经元和心肌细胞等非分裂细胞的治疗。
刘斌说："以前依赖同源定向修复的应用在细胞中效果良好，但在动物模型中，其效率往往非常低。这就是为什么我们的方法通过利用先导编辑提供了巨大优势。"
该团队将这项技术称为"先导组装"(prime assembly)，以向常见的实验室技术"Gibson组装克隆"(Gibson assembly cloning)致敬，后者是在试管中连接DNA的技术。
还有更多工作要做，包括确定供体DNA片段和编辑器的最佳递送载体——可能是脂质纳米颗粒或腺相关病毒。此外，刘斌的实验室和俄亥俄州立大学基因治疗研究所的合作者（包括眼科医生汤姆·门德尔(Tom Mendel)）计划测试体内编辑的有效性。
【全文结束】
