麻省理工學院(MIT)和哈佛大學(Harvard)的研究人員開發了一種新的初級編輯版本，可以安裝或交換基因大小的dna序列。最初是在2019年開發的，它是一種精確的方法，可以在人類細胞中進行廣泛的基因編輯，包括小的替換、插入和刪除。
在近期發表一項報道中，科研小組描述了孿生素編輯(TwinPE)技術，這種技術使兩個相鄰的質數編輯在基因組中的特定位置引入較大的DNA序列，很少有不想要的副產物。隨著技術的進一步發展，該技術有可能成為一種新的基因治療形式，以一種安全、高靶向的方式插入治療基因，以取代突變或缺失的基因。
研究人員透過編輯一種與亨特綜合徵有關的基因，這是一種罕見的遺傳病。這種疾病是由一個特定的40,000個鹼基對長片段的DNA倒置引起的。研究小組利用雙聚乙烯在基因組中的同一位點引入了一個長度相似的反轉序列，展示了該方法如何用於糾正致病突變。研究小組還使用雙胎聚乙烯，將數千對鹼基對的基因大小的dna準確地插入到基因組中與治療相關的位點中。
該方法解決了原始主編輯系統的一個侷限性，即只能編輯幾十個鹼基對。然而，研究或治療某些遺傳病可能需要更大的編輯。與最初的主要編輯方法一樣，TINPE也不能透過在同一位置同時切割兩條DNA雙螺旋來完全切斷DNA雙螺旋，這會導致不良的編輯結果和有害的染色體異常。
這項研究的高階作者、理查德·默金教授和哈佛大學(Harvard University)霍華德·休斯醫學研究所(Howard Hughes Medical Institute)研究員理查德·默金(Richard Merkin)教授和默金研究所(Merkin Institute Of Transformative Technologies In Healthcare)主任戴維·劉(David Liu)說：“在我們選擇的地點，在不產生雙鏈斷裂和副產品混合物的情況下，將健康基因插入患者體內，一直是基因編輯方面的挑戰之一。”
“Twinpe可能是一種更安全、更精確的方法，可以將所有感興趣的治療基因插入到我們指定的位置，比如健康個體中的本地基因的位置，或者被認為能將副作用風險降到最低的‘安全港’位置。”
黃金時段編輯
在戴維·劉實驗室的最初編輯，使dna替換，插入和刪除，並承諾糾正大多數已知的致病基因變異。最近對初級編輯技術的改進提高了它的效率，使它更接近於治療應用。但是，超過100個鹼基對的編輯序列仍然效率低下。
現在的新方法填補了這一空白。該系統使用了一個初級編輯蛋白和兩個主要編輯指南RNA，它們指導編輯機制並對編輯進行編碼。這兩種引導RNA指導編輯蛋白在基因組中不同的目標位點上產生一個單鏈缺口，避免了在其他方法中產生不必要的副產物的雙鏈斷裂。然後，該系統合成兩條新的互補DNA鏈，其中包含兩個缺口之間的期望序列。使用這種方法，團隊能夠插入、替換或刪除長達800個鹼基對的序列。
為了編輯更大的序列，研究人員使用他們的孿生素編輯系統在基因組中安裝了稱為位點特異性重組酶的“登陸位點”，這種酶可以催化DNA在基因組中特定位置的整合。然後，研究小組用重組酶對這些細胞進行了處理，並將他們想要插入到基因組中的長片段DNA匯入細胞。結合雙PE和重組酶，科學家可以編輯數千個鹼基對的長度為整個基因。
戴維·劉和他的團隊現在正在測試不同的重組酶，這可能會使雙PE更有效。他們還在評估TINPE安裝更長基因序列的能力。
戴維·劉說：“包括我們實驗室在內的許多實驗室長期以來都希望能夠像科學家在過去幾年裡先進的基因編輯那樣推進基因治療。”這項研究，以及其他科學家的努力，將標誌著新一代基因治療策略的開始，就像CRISPR核酸酶、基礎編輯和初級編輯代表了新一代基因編輯技術的開始一樣。
更多內容：Andrew V. Anzalone et al, Programmable deletion, replacement, integration and inversion of large DNA sequences with twin prime editing, Nature Biotechnology (2021). DOI: 10.1038/s41587-021-01133-w
