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“耶，科學!”美國加州伯克利創新基因組學研究所科學主任 Fyodor Urnov 對於這個新的基因編輯工具的興奮不能自已。2019 年 10 月 21 日，Nature 雜志官網預先在線發表了一項重磅研究成果，來自美國麻省理工學院和哈佛大學 Broad 研究所 CRISPR 大牛劉如謙（David Liu）教授團隊開發出一種超精確的新型基因編輯工具 PE （Prime Editors）。

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無需 DNA 雙鏈斷裂，無需額外的 DNA 模板，便可實現 ATCG 四種鹼基間所有 12 種單鹼基的自由“改變”，並且能有效實現多鹼基的精准增刪，這一成果完全可以稱之為基因編輯領域的裡程碑突破。

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（來源：Nature）
在 Nature 雜志官網今天配發的新聞報道中，劉如謙表示該新型基因編輯工具有望
幫助研究人員糾正
近 90%
已知的致病性人類遺傳變異

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（美國國立衛生研究院已列出 75000 多個與疾病相關的 DNA 變異），而且
這一最新工具所能實現的精准編輯，也使研究人員更容易在實驗室中開發疾病模型，或研究特定基因的功能。
Science 雜志官網今天也對此進行了報道，其中 CRISPR 的先驅、哈佛大學化學家喬治·丘奇（George Church）評價道說：“這是朝著正確方向邁出的一大步。”
Fyodor Urnov 認為，
PE 基因編輯工具很可能成為修復致病突變的有效方式
，不過他補充說，現在還為時過早，畢竟這項技術“今年才出現”。

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超越CRISPR

眾所周知，人類基因包含 60 億個 DNA 鹼基，這些化學鹼基通過 A、C、G、T 來表示。這些鹼基通過配對，比如 A 和 T、C 和 G，來組成 DNA 雙螺旋結構。
三十多年前，科學家們在人類腸道細菌基因中偶然發現一組重復回文密碼，數年後，這個被簡稱為 CRISPR 的密碼被科學家們巧妙利用，誕生了有史以來最強大的基因編輯工具CRISPR-Cas9，並引發了整個基因編輯領域的爆炸式發展。

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作為當今生命科學領域最火熱的基因編輯技術，CRISPR 基因編輯工具不僅為未來基因工程和治療提供了全新的方案，也為基因的全面研究及其在生命中的重要性探索提供了強大的工具。

圖丨CRISPR-Cas9 基因編輯系統（來源：bing）
雖然 CRISPR–Cas9 基因編輯工具可以輕松地改變基因組，但其實它仍然有些笨拙，容易出錯和產生意想不到的影響，即所謂的

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脫靶效應
。
與 CRISPR–Cas9 基因編輯工具進行“大段”的鹼基修改相比，基於 CRISPR 改良後的單鹼基編輯技術則可以實現單個鹼基的替換或增刪，並且不會造成 DNA 鏈的斷裂。
單鹼基基因編輯之所以有效，是因為其實有時候 DNA 長鏈中只會有某一對鹼基發生變異，這種現象被稱為
“點突變”
（point mutation）。
2016 年，劉如謙團隊改造了 CRISPR-Cas9 技術，

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研發出首個可編輯 DNA 單個鹼基的基因編輯技術 CBE
（Cytosine Base Editor），可以將 C-G 鹼基對轉變成 T-A 鹼基對；不久，該團隊又獲得可將 A-T 鹼基對轉變成 G-C 鹼基對的

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鹼基編輯器 ABE
（Adenine Base Editor）。
以 ABE 基因編輯器為例，可以重構單鹼基 A 的分子結構，使其重組為 G，從而觸發細胞對其他 DNA 鏈進行修復以完成整個轉換過程。而最終的結果就是 A-T 鹼基對被成功轉換為 G-C 鹼基對。
這種技術的精妙之處就在於，將基因編碼中的錯誤進行重寫
，而不是像傳統編輯方法那樣對 DNA 片段整體進行剪輯或切除。
而今天劉如謙團隊發布的 PE 基因編輯工具

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，其突破在於實現了 ATCG 四種鹼基間 12 種鹼基的任意修改，比迄今開發的其他 CRISPR 替代技術都更精確、更靈活。

圖 | PE 基因編輯工具原理（來源：Nature）
CRISPR Cas9 和 PE 系統都是通過在基因組的特定點上切割 DNA 來實現的。不同的是，CRISPR-Cas9 系統會破壞 DNA 雙螺旋結構的兩條鏈，然後依靠細胞自身的修復系統修補損傷從而實現編輯。