可编程基因编辑：寻找高精度基因编辑

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  量子运行远见
• 2022 年 12 月 19 日

洞察总结

基因编辑在基因疗法中带来了令人兴奋的发现，例如潜在地“修复”癌细胞和突变细胞。然而，科学家们正在探索通过自然发生的基因编辑过程更准确地靶向细胞的更好方法。可编程基因编辑的长期影响可能包括增加基因研究资金和更好的个性化医疗工具。

可编程基因编辑环境

基因组编辑是一种强大的技术，使科学家能够对生物体的遗传密码进行有针对性的改变。该方法可以通过多种不同的方式实现，包括通过使用工程序列特异性核酸酶 (SSN) 引入 DNA 断裂或突变。

通过在基因组内诱导双链断裂 (DSB)，科学家可以使用编程的 SSN 来定位特定位点。然后，这些 DSB 通过细胞 DNA 机制进行修复，例如非同源末端连接 (NHEJ) 和同源定向修复 (HDR)。虽然 NHEJ 通常会导致不精确的插入或缺失，从而可能破坏基因功能，但 HDR 可以引入精确的变化并可能纠正基因突变。

CRISPR基因编辑工具是该领域应用最广泛的工具，涉及向导（gRNA）和Cas9酶来“切断”有问题的链。使用这种技术有几个潜在的好处，包括治疗癌症和艾滋病毒（人类免疫缺陷病毒）等疾病以及开发针对其他疾病的新疗法。然而，风险也是相关的，例如特定编辑可能会给生物体的 DNA 引入有害突变。 

根据《植物科学趋势》杂志上发表的一项研究，到 2021 年，已经有 30 个基于网络的软件平台设计用于 gRNA 编程。这些程序具有不同程度的复杂性，其中一些程序使科学家能够上传各种序列。此外，一些工具可以确定脱靶突变。

破坏性影响

2021 年，麻省理工学院 (MIT) 和哈佛大学的科学家发现了一类新型可编程 DNA 修改系统，称为 OMEGA（强制移动元件引导活动），该系统不使用 CRISPR 技术。这些系统可能会自然地对整个细菌基因组中的小片段 DNA 进行改组。这一发现开辟了生物学的一个独特领域，可以将基因组编辑技术从计算风险提升到更可预测的过程。

这些酶很小，比体积大的酶更容易递送到细胞，并且可以快速适应不同的用途。例如，CRISPR 酶使用 gRNA 来瞄准并消灭病毒入侵者。然而，通过人工生成 gRNA 序列，生物学家现在可以将 Cas9 酶引导至任何所需的靶标。这些酶可以轻松编程，使其成为修改 DNA 的强大工具，并表明研究人员可以使用它们来开发基因编辑疗法。 

可编程基因编辑的另一个有前途的研究方向是双素编辑，这是哈佛大学科学家于 2022 年开发的一种基于 CRISPR 的工具。这项新技术允许在人类细胞中操纵基因大小的 DNA 块，而无需切割 DNA 双螺旋。进行比以前更大的编辑可以使科学家能够研究和治疗由基因功能丧失或复杂结构突变引起的遗传疾病，例如血友病或亨特综合症。

可编程基因编辑的意义

可编程基因编辑的更广泛影响可能包括： 

• 增加对基因编辑研究的资助，旨在使技术多样化，以发现更准确、更安全的护理方法。
• 通过有针对性的遗传和疾病治疗来推进个性化医疗。
• 生物技术公司正在开发更好的软件来实现基因编辑的自动化和精确性。
• 一些政府通过在癌症治疗中实施各种试点测试来增加对基因编辑的资助和研究。
• 出生时携带基因突变的人的预期寿命更长。
• 新型遗传工具被重新用于解决动物和植物物种的有害疾病和突变。

需要考虑的问题

• 您认为可编程基因编辑还能如何彻底改变医疗保健？
• 政府可以采取哪些措施来确保每个人都能获得这些疗法？