麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的研究人员开发了一种新版本的初始编辑，可以安装或更换基因大小的 DNA 序列。Prime 编辑于 2019 年首次开发，是一种精确的方法，可以在人类细胞中进行广泛多样的基因编辑，包括小的替换、插入和删除。

在今天发表在Nature Biotechnology 上的一项研究中，该团队描述了双引物编辑 (twinPE)，这种技术可以进行两个相邻的引物编辑，以在基因组中的特定位置引入更大的 DNA 序列，并且几乎没有不需要的副产物。随着进一步的发展，该技术有可能被用作一种新的基因治疗形式，以安全和高度靶向的方式插入治疗基因，以取代突变或缺失的基因。

研究人员通过在人体细胞中编辑与亨特综合征(一种罕见的遗传疾病)相关的基因，证明了 twinPE 的治疗潜力。这种疾病是由特定的 40,000 碱基对长 DNA 片段的倒位引起的。该团队使用 twinPE 在基因组中的同一位点引入了相似长度的倒位，展示了该方法如何用于纠正致病突变。该团队还使用双 PE 将数千个碱基对的基因大小的 DNA 货物精确插入基因组中的治疗相关位点。

该方法解决了原始主要编辑系统的局限性，该系统只能编辑几十个碱基对。然而，一些遗传疾病的研究或治疗可能需要更大的编辑。与最初的主要编辑方法一样，twinPE 也不会通过在同一位置同时切割两条链来完全切断 DNA 双螺旋，这会导致编辑结果控制不佳和有害的染色体异常。

该研究的资深作者、Richard Merkin 教授和 David Liu 说：“在我们选择的位点将健康基因插入患者体内，而不产生双链断裂和副产物混合物，一直是基因编辑的长期挑战之一。”博德研究所默金医疗保健变革技术研究所所长，哈佛大学教授，霍华德休斯医学研究所研究员。

“TwinPE 可能是一种潜在的更安全、更精确的方法，可以将具有治疗意义的整个基因插入我们指定的位置，例如健康个体中天然基因的位置或被认为可以将副作用风险降至最低的‘安全港’位点。 ”

黄金时间编辑

Liu 的实验室开发的 Prime 编辑可以实现 DNA 替换、插入和删除，并有望纠正大多数已知的致病基因变异。最近对主要编辑技术的改进提高了其效率，使其更接近治疗应用。但编辑长度超过 100 个碱基对的序列仍然效率低下。

Twin Prime 编辑填补了这一空白。该系统使用一个主要编辑器蛋白质和两个主要编辑指导 RNA，它们指导编辑机制并对编辑进行编码。这两个向导 RNA 中的每一个都指导编辑蛋白在基因组中不同目标位点的 DNA 中制造单链切口，避免在其他方法中产生不需要的副产物的那种双链断裂。然后系统合成两条新的互补 DNA 链，在两个切口之间包含所需的序列。使用这种方法，该团队能够插入、替换或删除长达约 800 个碱基对的序列。

为了编辑更大的序列，研究人员使用他们的双引物编辑系统在基因组中为称为位点特异性重组酶的酶安装“着陆位点”，该酶催化基因组中特定位点的 DNA 整合。然后该团队用重组酶处理细胞，并将他们想要插入基因组的长 DNA 片段引入。将 twinPE 和重组酶结合起来，科学家们可以编辑数千个碱基对长的序列——整个基因的长度。

Liu 和他的团队现在正在测试不同的重组酶，这些重组酶可能会提高 twinPE 的效率。他们还在评估 twinPE 安装更长基因序列的能力。

“能够像过去几年科学家推进基因编辑那样推进基因治疗，是包括我们在内的许多实验室的长期愿望，”刘说。“这项研究与其他科学家的其他努力一起，可能标志着新一代基因治疗策略的开始，就像 CRISPR 核酸酶、碱基编辑器和主要编辑器代表了新一代基因编辑技术的开始一样。”