研究人员已证明一种新方法具有极高的特异性，能够开启或关闭人类基因组序列，而无需编辑底层遗传密码。
CRISPR/Cas9最初是作为细菌中的一种抗病毒系统被发现的，如今是基因研究中最热门的话题之一。通过改造该系统的一个版本，研究人员既能编辑DNA序列，也能控制哪些基因被使用。
然而，此前的研究表明，利用该系统编辑人类DNA序列，并不总是像研究人员所期望的那样精确。这些结果引发了人们对将CRISPR技术用于人类疾病研究的担忧。
作为一种潜在的解决方案，一些研究人员利用CRISPR靶向控制基因活性的DNA片段，从而增强了该系统的多功能性。但他们并未使用常用的基因剪切工具Cas9，而是使Cas9的剪切功能失活，并连接上可控制基因组包装的蛋白质。通过解开或紧密捆绑基因组的这些区域，他们便能有效地开启和关闭它们。
虽然已证明该技术运行良好，但是否存在脱靶效应尚未被研究。如今，杜克大学的一个研究团队表明，这些基因调控方法能够达到基础科学和医学研究所需的高精确度。
该研究于2015年10月26日在线发表于《Nature Methods》。
“与以往技术相比，CRISPR的主要优势在于能够使用基因手术刀，而非大锤，” 杜克大学生物医学工程副教授Charles Gersbach表示。“全球许多实验室基于这些工具能够产生特定效果的假设而使用它们，但此前并没有全面分析加以证明。这些实验表现出极高的特异性，表明该技术能够靶向基因组中的单一序列。”
操控基因组开关的能力对于研究和潜在治疗人类疾病尤为重要，例如癌症、心血管疾病、神经退行性疾病和糖尿病，这些疾病可能由基因组调控区域的突变所驱动。人们希望，干预其中某一开关，就能揭示并解决许多疾病的根本原因。它还有助于研究人员理解并改变不同人群对药物的反应方式。
但前提是CRISPR技术足够特异。
在CRISPR首次被描述用于编辑人类基因后不久，多项论文揭示，该技术有时会产生脱靶效应。这给基因治疗和基础科学项目带来了问题，因为研究人员希望改变特定基因的功能，同时又不引起意外的副作用
另一种策略被开发出来，用于在不改变DNA序列本身的情况下，开启和关闭控制基因何时被使用的基因组区域。在某些情况下，这些开关可以同时控制几个相关基因，使研究人员能够弹奏和弦，而非单个音符。
“从技术上看，评估这些工具的特异性极具挑战性，” 杜克大学生物统计学与生物信息学助理教授Timothy Reddy表示。“若只关注基因组中某一集中区域，发现序列或基因活性的变化相对简单。但要了解关闭一个增强子开关如何影响整个基因组的活性和结构，则需要更专门的技术。”
Gersbach转而向Reddy和同事 Gregory Crawford求助。三人在相邻的实验室和办公室共事，他们都在 杜克大学基因组与计算生物学中心工作，以获得这些更专业技术方面的帮助。
Reddy的职业生涯聚焦于研究基因开关在整个人类基因组中如何发挥作用、这些开关在个体之间有何差异，以及这些发现对人类性状和疾病的意义。Crawford是儿科副教授，十多年来一直致力于开发相关技术，用以识别基因组中的调控区域，以及这些区域在不同细胞类型之间、发育过程中或药物治疗后如何变化。
“目前用于控制基因开关的方法，包括临床试验中使用的药物，会同时改变基因组中许多开关的活性，从而产生数千种脱靶效应，”Crawford表示。“我们迫切需要一种能够一次操控一个元件的技术。”
由Gersbach实验室的博士生Pratiksha Thakore负责整合三个实验室的专业知识，研究CRISPR在控制这些开关时的特异性。虽然结果无法证明每项实验都会达到同样高的精确度，但它为研究人员评估这些效应提供了蓝本。
“通过整合基因组学与基因组工程，我们开发了一种方法，可全面探究这一基因沉默系统的运作方式，并提出了该技术未来的应用途径，”Thakore表示。“我们还对基因调控有了一些新的认识，结果发现，在这种情境下，CRISPR可以达到远高于我们预期的特异性水平。”
本文与 杜克大学合作发布。发布并不意味着世界经济论坛认同其中观点。
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作者：Ken Kingery为杜克大学撰稿。
图片：REUTERS
