或許你正不幸被某種單基因遺傳疾病折磨，比如血友病、白化病等。有一天，醫(yī)生告訴你，可以用基因編輯技術(shù)“剪去”那個令你承受病痛的“壞基因”，是不是會心存感謝？

別急別急，基因編輯這個被稱為“上帝的手術(shù)刀”的神奇技術(shù)，居然也有失手的時候，這時我們該如何面對呢……

近日，一種被命名為GOTI的技術(shù)受到廣泛關(guān)注，這項刊載在《科學(xué)》雜志的成果，由中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所與國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的研究者們合作開發(fā)，能夠準(zhǔn)確、靈敏地檢測到基因編輯方法是否會產(chǎn)生脫靶效應(yīng)(指錯誤地編輯了不該編輯的地方)。

那么，科學(xué)家是如何檢測基因編輯脫靶的？檢測脫靶為什么這么難？檢測脫靶技術(shù)未來如何發(fā)展？江蘇南通大學(xué)劉東教授向科技日報記者作了詳細(xì)解釋。

對比測序檢測脫靶操作難

基因編輯技術(shù)就是指能夠?qū)δ繕?biāo)基因進(jìn)行“編輯”，比如對特定DNA片段的敲除、敲入等。而CRISPR/Cas9技術(shù)自問世以來，因為有著無可比擬的優(yōu)勢，使科學(xué)家可以更加便捷地在細(xì)胞上進(jìn)行“刪除”“復(fù)制”“粘貼”。

隨著人類的基因編輯能力越來越強(qiáng)，漸漸的，憂慮也隨之而來，基因編輯會不會失手造出綠巨人那樣的怪物？

這樣的可能并非不存在。因為，CRISPR等基因編輯工具再強(qiáng)大，也難以避免“脫靶”效應(yīng)。

如果是拿植物或斑馬魚、小鼠等實驗動物來作試驗，那么即使出錯后果也較容易接受，甚至是舍棄重來。但如果用在人類胚胎編輯中，即使是極小概率的“脫靶”也能造成很大的問題，因為你不能把一個胚胎或者活人舍棄重新再做試驗。

所以，檢測基因編輯工具是否脫靶，就成為科學(xué)界必須攻克的一項課題。

“傳統(tǒng)的檢測方法，簡單的說，就是測序和分析?！眲|介紹說，在此之前，人們推出過多種檢測脫靶的方案。以前的那些方法不適合在體檢測單核苷酸的差異。

他以文本編輯打比方說：“我們在編輯一段文本時刪除一個字，該怎么確定刪除的那個字跟預(yù)想的一樣呢？理想情況下，需要跟一個原始的文檔去比較?！?/p>

那么同理，在基因編輯中，科學(xué)家將樣本細(xì)胞分成兩份，一份做基因編輯，一份不做，最后再測定兩組基因序列，除了目標(biāo)基因的變化外，其他的基因理論上應(yīng)該是相同的，如果出現(xiàn)差異就可能是基因編輯脫靶導(dǎo)致的。

“但是生命不一樣，由于單核苷酸多態(tài)性，我們找不到原始樣本進(jìn)行比較，這也是生物多樣性的特點?！眲|說。

另外，在基因測序時需要大量樣本，必須將樣本細(xì)胞進(jìn)行體外擴(kuò)增，也就是大量復(fù)制。而在擴(kuò)增過程中，又會帶來DNA突變的概率，這就是所謂的“擴(kuò)增噪音”，這樣一來就更難分辨脫靶與突變。

所以，檢測基因編輯是否脫靶，在理論上是可行的，但在實踐中很難操作。

新“裁判”為何能明察秋毫

盡管以CRISPR/Cas9等為代表的新一代基因編輯以精確著稱，但是，每一次基因編輯操作本質(zhì)上是成千上萬的基因編輯工具分子對細(xì)胞做了多次編輯，脫靶無法避免但概率又很低，這就導(dǎo)致極其微弱的脫靶信號會淹沒在強(qiáng)大的背景噪音中。

如何去除背景噪音，就是科學(xué)家要做的事，而中科院神經(jīng)所的楊輝實驗室的方法很新穎。

這種名叫“GOTI”的脫靶檢測技術(shù)是利用小鼠胚胎做實驗。研究者在小鼠受精卵分裂到二細(xì)胞期的時候，編輯一個卵裂球，并使用紅色熒光蛋白將其標(biāo)記。小鼠胚胎發(fā)育到14.5天時，將整個小鼠胚胎消化成為單細(xì)胞，利用流式細(xì)胞分選技術(shù)基于紅色熒光蛋白，分選出基因編輯細(xì)胞和沒有基因編輯的細(xì)胞，再進(jìn)行全基因組測序比較兩組差異。

“很難找到基因是完全相同的兩只小鼠，但實驗組和對照組來自同一個受精卵，理論上基因是完全一致的，這樣進(jìn)行對比，就能發(fā)現(xiàn)基因編輯是否脫靶了。”劉東告訴記者。

“這項技術(shù)的精妙之處在于，解決了樣本少但精度又很高的問題?！眲|說，單個細(xì)胞中的DNA很少，并不足以做測序分析。但科學(xué)家對兩細(xì)胞期的受精卵進(jìn)行熒光標(biāo)記，然后等它發(fā)育成一個胚胎，再“拆分”成足夠多的單細(xì)胞進(jìn)行測序，無需再做體外擴(kuò)增，擴(kuò)增噪音的問題迎刃而解。

使用該技術(shù)發(fā)現(xiàn)，CRISPR/Cas9衍生技術(shù)BE3單堿基編輯會產(chǎn)生大量脫靶突變，證實了以BE3為代表的部分基因編輯技術(shù)存在無法預(yù)測的脫靶風(fēng)險。這一發(fā)現(xiàn)使得人們對原本認(rèn)為“特別安全、幾乎不會有脫靶”的單堿基突變技術(shù)進(jìn)行重新審視。

倫理問題如何避免尚存疑問

但是，業(yè)內(nèi)專家對此還存有疑慮，這項技術(shù)用在實驗動物上是可行的，用在人身上就存在倫理問題。

各國對基因編輯用于人類早就有多種倫理原則進(jìn)行規(guī)范，其中的一個原則是，目前必須要有國家級的政府倫理機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，并且不能允許經(jīng)過基因修改的嬰兒出生，即便要用人的胚胎進(jìn)行研究，也一般限于14天的胚胎，即胚胎發(fā)育到14天后必須銷毀，不能發(fā)育成長為人。

而這項檢測技術(shù)是需要讓胚胎發(fā)育到較為成熟的階段，在許多國家墮胎都是違法，更不用說等到胚胎發(fā)育成人形了。因此，專家們認(rèn)為，這項技術(shù)打開了基因編輯檢測的一扇新窗口，但是仍需要進(jìn)一步完善。

“精準(zhǔn)二字在生命科學(xué)里很難做到。因為從微觀來看，生命的延續(xù)是基于弱作用力的一個動力學(xué)過程，基因發(fā)生變化就是一個概率問題，想做到很精準(zhǔn)，我認(rèn)為理論上是不成立的?！眲|這樣認(rèn)為。

GOTI發(fā)現(xiàn)，單堿基編輯技術(shù)有脫靶問題，是不是應(yīng)該放棄對該技術(shù)的研究？答案是否定的。很多人的遺傳病是單堿基突變導(dǎo)致的。有數(shù)據(jù)表明，全球有7000種罕見病，其中80%是單基因遺傳病，50%發(fā)生在兒童時期。

“比如我們正在做的耳聾疾病基因治療實驗，很多感音性耳聾是由單基因突變造成的，在小鼠上實驗表明，修復(fù)單堿基突變的基因，聽力就能恢復(fù)?！眲|說到。

劉東認(rèn)為，未來基因編輯用于臨床治療時，必需制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且要非常嚴(yán)格。但是，就像藥物有副作用，外科手術(shù)可能失敗，基因編輯脫靶的風(fēng)險幾乎無法避免，只要概率在可接受范圍內(nèi)，就是可行的。“也就是說，當(dāng)希望大于風(fēng)險，就有人會去做，甚至在沒有選擇時，我們不得不去做。”