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俄勒冈健康与科学大学的科学家们领导的一项新研究表明，一种常用的分析早期人类胚胎中微量DNA的科学方法不能准确地反映基因编辑。尽管基因编辑技术在预防和治疗遗传疾病方面有希望，但这项新研究揭示了在基因编辑建立怀孕被认为是安全或有效之前必须克服的局限性。
俄勒冈健康与科学大学的科学家们领导的一项新研究表明，一种常用的分析早期人类胚胎中微量DNA的科学方法不能准确地反映基因编辑。
这项研究发表在《自然通讯》杂志上，研究人员对使用基因编辑工具CRISPR进行基因组编辑的早期人类胚胎的基因组进行测序。这项工作对DNA测序程序的准确性提出了质疑，这种程序依赖于扩增少量DNA以进行基因测试。
此外，该研究还揭示，用于纠正早期人类胚胎致病突变的基因编辑也可能导致基因组中意外的、潜在的有害变化。
总之，这些发现为任何准备使用基因编辑胚胎来受孕的科学家提供了新的科学依据。尽管基因编辑技术在预防和治疗遗传疾病方面有希望，但这项新研究揭示了基因编辑被用于妊娠能确定为安全或有效之前必须克服的局限性。
OHSU胚胎细胞和基因治疗中心主任、资深作者Shoukhrat Mitalipov博士说:“它告诉你，我们对编辑基因组知之甚少，尤其是细胞如何应对CRISPR诱导的DNA损伤。基因修复有很大的潜力，但这些新结果表明，我们还有很多工作要做。”
这一发现是在伦敦举行的第三届人类基因组编辑国际峰会上公布的。2018年11月在香港举行的上一届国际峰会前夕，一名中国科学家透露，通过一项实验，世界上第一批基因编辑胚胎婴儿诞生，引发了全球谴责。
胚胎误诊
在经过编辑的胚胎被移植以受孕之前，重要的是要确保该过程符合预期。
因为早期人类胚胎只有几个细胞，所以不可能收集到足够的遗传物质来有效地分析它们。相反，科学家们从从几个甚至一个细胞中提取的一小份DNA样本中解释数据，然后必须在被称为全基因组扩增的过程中将其复制数百万次。
同样的过程被称为着床前基因检测(PGT)，通常用于筛选体外受精患者的人类胚胎的各种遗传状况。
OHSU医学院妇产科教授、资深合著者Paula Amato博士说，全基因组扩增有局限性，会降低基因检测的准确性。
“令人担忧的是，我们可能会误诊胚胎，”Amato说。
Amato使用体外受精来治疗患有不孕症的患者，并预防遗传疾病的传播，他说使用更先进技术的PGT在检测染色体异常和由父母传给孩子的单基因突变引起的遗传疾病方面仍然是临床有用的。
这项研究强调了建立基因编辑技术安全性的挑战。
“我们可能无法可靠地预测这个胚胎会产生一个健康的婴儿。”“这是个大问题。”
为了克服这些问题，OHSU的研究人员与韩国和中国的研究机构合作，从基因编辑的胚胎中建立了胚胎干细胞系。胚胎干细胞无限生长，并提供充足的DNA材料，不需要全基因组扩增来分析。
研究人员表示，这一发现凸显了全基因组扩增容易出错的本质，以及通过建立胚胎干细胞系来验证胚胎编辑的必要性。
研究证实基因修复
利用胚胎干细胞，这项新研究验证了Mitalipov实验室开发的基因修复过程;该研究结果于2017年发表在《自然》杂志上，并于2018年得到验证。
在这项研究中，科学家们在精子捐献者携带的突变基因上切割了一个特定的目标序列。
研究人员发现，人类胚胎利用来自父母另一方的正常基因拷贝作为模板，可以修复这些断裂。米塔利波夫和合著者证实，这一被称为基因转换的过程，在早期人类胚胎DNA双链断裂后定期发生。这种修复，如果用于通过体外受精和胚胎移植来确定怀孕，理论上可以防止已知的家族疾病遗传给孩子，以及家庭的所有后代。
在2017年发表的这项研究中，OHSU的研究人员瞄准了一种已知会导致致命心脏病的基因。
在这篇新发表的文章中，研究人员利用捐赠的精子和卵子瞄准了其他不连续突变，其中包括一种已知会导致肥厚性心肌病的突变，一种心肌变得异常厚的情况，以及另一种与高胆固醇有关的突变。在每种情况下，一种被称为Cas9的酶与CRISPR一起使用，在突变的精确位置诱导DNA的双链断裂。
创造问题
除了复制和确认2017年报道的基因修复机制外，这项新研究还检查了基因组中突变基因修复的特定位点之外发生了什么。这就是问题所在。
“在这篇论文中，我们问，‘基因转换修复机制有多广泛?’事实证明，这个过程可能会很长。”
从一个亲本到另一个亲本的大量基因组复制，会产生一种被称为杂合性丧失的情况。
每个人都共享人类基因组上每个基因的两个版本，或等位基因，分别来自父母双方。大多数情况下，等位基因是相同的，因为任何一个人的DNA序列有99.9%是与其他人共享的。然而，在某些情况下，父母中的一方会携带一种隐性致病突变，这种突变通常会被另一方的显性健康基因所抵消。
遗传密码中的这些多态性可能至关重要。例如，一个基因可能编码一种蛋白质，可以预防特定类型的癌症。
Mitalipov说:“如果你有一个隐性突变的异常副本，那可能不会构成风险。但如果你的杂合性缺失导致同一肿瘤抑制基因的两个突变副本，那么你患癌症的风险就会显著增加。”
复制的遗传密码越多，发生危险基因变化的风险就越大。在这项新研究中，科学家测量了从相对较小的片段到大至18,600个DNA碱基对的基因转换束。
实际上，修复一个已知的突变可能会产生比它解决的更多的问题。
Mitalipov说:“如果你在染色体的中间进行切割，那里可能有2000个基因。”“你只是修复了一个小点，但上游和下游的数千个基因都可能受到影响。”
这一发现表明，在临床使用基因编辑来确定怀孕之前，需要进行更多的研究来了解基因编辑的工作机制。
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