Nature Communications ：CRISPR基因编辑会导致可遗传的基因组结构突变

CRISPR-Cas9是对微生物、动植物，以及人类基因组进行修饰的强有力工具。在医疗保健领域，CRISPR-Cas9基因编辑为治愈遗传病、癌症，乃至心脏病等重大疾病带来了前所未有的希望。但这一切的前提是DNA被正确的修饰，而没有产生意外的变化。

在进行CRISPR基因编辑时，脱靶性是一个重点关注的问题，因为这可能会破坏其他功能基因从而带来严重后果。此外，在目标位点附近导致基因组产生较大结构突变（包括较大片段的缺失、插入、重排，乃至染色体碎裂），同样是一个令人担忧的问题。

迄今为止，已经在细胞层面对CRISPR基因编辑的这些潜在风险进行了许多研究，但其对生物个体的影响仍然了解有限。

近日，瑞典乌普萨拉大学的研究人员在 Nature 子刊 Nature Communications 发表了题为：CRISPR-Cas9 induces large structural variants at on-target and off-target sites in vivo that segregate across generations 的研究论文。

该研究证实，CRISPR-Cas9基因编辑会导致DNA发生不可预见的结构突变，而且这些结构突变可以被下一代遗传。 这项研究再次提醒了我们，将CRISPR-Cas9应用于临床治疗前要谨慎和仔细验证。

为了更好地了解非预期的CRISPR-Cas9基因组编辑结果对个体水平的影响，尤其是基因组结构变异，研究团队通过显微注射RNP（gRNA+Cas9）对斑马鱼的受精卵进行基因编辑，然后对这些编辑后的第一代斑马鱼和它们的下一代进行基因组测序。

基因编辑后的验证，通常使用短读长或桑格测序进行，这些方法能够检测到小片段的插入或缺失，这也是CRISPR-Cas9基因编辑最常见的结果，但可能无法检测到更大的基因组结构变异，而长读长的纳米孔测序可以更好地发挥作用。

研究团队使用长读长纳米孔测序对两代共1100多条斑马鱼进行基因组测序，以验证CRISPR-Cas9对目标位点附近和其他脱靶位点产生的编辑情况，结果发现了大量各种类型的意外基因突变。

具体来说，CRISPR-Cas9基因编辑的第一代斑马鱼中大约6%出现了基因组结构变异（插入或缺失片段≥50bp），这些结构变异既有位于目标位点的，也有位于脱靶位点的。

此外，该研究还发现，第一代斑马鱼出现的这些无法预料的基因组突变，遗传给了后代，第二代斑马鱼中有26%携带了脱靶突变，9%携带了结构突变。

这项研究还有一个重要发现，这些经过CRISPR-Cas9基因编辑的第一代斑马鱼是嵌合型的，它们产生的生殖细胞同样也是嵌合型的，而它们是在受精卵的单细胞阶段进行的基因编辑，理论上不应该是嵌合型，这可能是由于受精卵后续分裂中继续受到了基因编辑，或分裂产生的细胞产生了不同水平的DNA修复，从而导致了这种结果。

研究团队表示，知道CRISPR-Cas9导致的这些意外突变是可遗传的很重要，因为这些突变可能会对后代的生长产生长期影响。但需要指出的是，只有在对胚胎或生殖细胞进行基因编辑时才会出现这种情况，目前的CRISPR基因编辑临床试验都是对特定的组织或器官进行基因编辑，不涉及胚胎和生殖细胞。（生物谷 Bioon.com）

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