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基因组编辑有助于了解人类疾病和创造新疗法的前景是巨大的，但技术限制限制了该领域的发展。
基因组编辑有助于了解人类疾病和创造新疗法的前景是巨大的，但技术限制限制了该领域的发展。虽然现有的编辑技术可以改变或删除人类基因组30亿个碱基对中的单个碱基对，但它们同时改变多个位置的能力有限，有时可能会错误地改变相邻的DNA碱基。
然而，耶鲁大学的一项新研究将科学家编辑多个DNA位点的能力提高了三倍，并有助于防止附近基因位点发生不必要的突变。
研究结果发表在《Nature Communications》杂志上。
耶鲁大学文学院分子、细胞和发育生物学教授，该研究的高级作者Farren Isaacs说：“我们能够增加单个单元格中的编辑次数，同时也提高了这些编辑的精度。"
Isaacs还隶属于耶鲁西校区系统生物学研究所和耶鲁工程与应用科学学院生物医学工程系。
基因组工程的进展使研究人员能够更有效地修改单个基因序列，以帮助提高对其生物学作用的理解。然而，包括癌症在内的大多数人类疾病都是由多种基因突变引起的。
第一作者Anabel Schweitzer是耶鲁大学艺术与科学研究生院的学生，也是Isaacs实验室的成员，她说：“许多表型都是由多种基因突变引起的，但大多数基因编辑都集中在一个单一的位点上，这限制了该领域的技术进步。”
历史上，人类基因组编辑允许通过在DNA链上的一个位置切除或插入新序列来精确改变单碱基对。然而，传统的基因编辑技术（如CRISPR Cas9）受到了DNA双链断裂的限制，这种断裂会在基因组中引入不需要的修饰。虽然碱基编辑器的发展使目标DNA核苷酸能够直接进行化学修饰，使研究人员能够避免DNA双链断裂，但碱基编辑技术受到了单碱基编辑的数量和精度的限制。
如果DNA被视为一份30亿个字符的巨大手稿，那么新的工程技术本质上允许研究人员在不同的章节中同时进行多次修改，而不仅仅是在一页上编辑单个单词或句子。然而，基因组工程的改进也有缺点。有时，编辑是在意外的位置进行的，这使得评估更改的影响变得困难。
在这项新的研究中，耶鲁大学团队使用了一种CRISPR相关蛋白Cas12（类似于Cas9，一种可以精确切割或修改DNA部分的“分子剪刀”）和所谓的导向RNA（gRNAs）。当与酶融合时，Cas9和Cas12可以在gRNA序列确定的位置对DNA进行靶向化学变化。该团队选择Cas12是因为它具有处理包含许多gRNAs的RNA阵列的先天能力。为了提高编辑的准确性，该团队通过缩短gRNA序列或修改RNA碱基来设计gRNA。
然后，他们使用新系统在人类细胞中的15个不同位置成功地以更高的精度改变基因序列，这是之前设计的位置的三倍。
这项改进不仅有助于评估癌症等复杂遗传病的根源，还将指导艾萨克斯实验室开发的合成基因组所支持的新型设计药物的开发。
作者说：“克服哺乳动物基因组工程技术的这些关键障碍，对于它们在研究单核苷酸变异相关疾病和工程合成哺乳动物基因组方面的应用至关重要。”
这项研究主要由耶鲁大学和美国国立卫生研究院资助。
耶鲁大学的其他作者包括Etowah Adams、Michael Nguyen和Monkol Lek。
