鹼基編輯(base editing)
標準CRISPR的工作方式是把DNA弄斷、再讓細胞修復——但斷裂混亂、修復難料,而精確編輯的途徑又效率低下。鹼基編輯的發明是為了做一件更溫和的事:在原位以化學方式改動單個DNA字母,根本不切斷兩條鏈。如果說標準CRISPR是一把剪刀,鹼基編輯器更像一支化學鉛筆加橡皮,直接改寫一個字母。
鹼基編輯器是一種巧妙的融合體。它起步於一個殘廢的Cas9——它仍能被嚮導RNA引到目標、仍能撐開DNA,但已被失能、無法切斷兩條鏈。繫在它身上的是一種以化學方式改變某個鹼基的酶。胞嘧啶鹼基編輯器把一個C變成細胞讀取並複製為T的形式(於是C-G對變成T-A對);腺嘌呤鹼基編輯器把一個A改成最終被讀作G的形式(A-T對變成G-C對)。被引到目標後,編輯器暴露出一小段單鏈DNA窗口,附著的酶把目標字母化學轉換,隨後細胞正常的複製就把這個改變固定下來——無需任何雙鏈斷裂。
鹼基編輯之所以重要,是因為人類致病突變中很大一部分是單字母改變,恰是鹼基編輯器能糾正的那類,而且它糾正得比「斷裂—修復」乾淨得多:更少的隨機插入和缺失,更小的發生大段非意願重排的機會。誠實的限制是:鹼基編輯器只能做某些轉換(常見的是C到T、A到G及其對應鹼基對),並不能做出所有可能的改變;它會作用於其小編輯窗口內任何匹配的鹼基(故附近某個非預期鹼基也可能被改動);而且與所有CRISPR工具一樣,它也可能有脫靶活性。先導編輯的開發,部分正是為了突破這些限制。
某種由本該是C處出現了一個多餘T所致的疾病,有時可由腺嘌呤鹼基編輯器作用於對側鏈上的A來糾正——把這一對翻回C-G,全程不切斷DNA。
以化學方式改寫一個字母——不斷裂、不需模板、不靠草率修復。
鹼基編輯器並非萬能。它們只做某些字母替換,會作用於小窗口內每一個匹配的鹼基(存在旁觀編輯的風險),並仍可能命中脫靶位點——所以「不切割」並不等於「無差錯」。