新型基因组编辑工具：Prime Editing 和 SeekRNA

Prime Editing 和 SeekRNA 预示着基因组编辑的新时代，它们在精确性和灵活性方面可能超越广泛使用的 CRISPR-Cas9 技术。与依赖双链断裂的方法相比，这些先进工具可减少脱靶效应和副作用，从而实现高度特异性的 DNA 序列插入或删除。

Prime Editing 由博德研究所大卫·刘团队开发，采用一种经过改造的 Cas9 酶，该酶被设计为仅切割 DNA 的单链（一种“切口酶”）。它与 prime editing 引导 RNA (pegRNA) 协同工作，pegRNA 既引导编辑器到达目标位点，又包含用于所需编辑的 RNA 模板。然后，与切口酶融合的逆转录酶直接从 RNA 模板合成新的 DNA 链，并将其整合到切口位点。这种“搜索和替换”机制显著降低了与双链断裂 (DSB) 相关的意外突变风险，与传统的 CRISPR-Cas9 相比，它在靶向特定遗传序列方面提供了更高的精度，传统的 CRISPR-Cas9 通常产生 DSB，而 DSB 由可能容易出错的细胞途径修复。

• 多功能性： 基于执行点突变和小插入/缺失等各种编辑类型的能力，Prime Editing 在理论上具有纠正约 89% 已知致病性人类遗传变异的潜力。
• 成功测试： 该技术已在人类和小鼠细胞中成功得到验证，在细胞模型中纠正了导致镰状细胞贫血症和泰-萨克斯病等疾病的突变。

SeekRNA 由包括悉尼大学研究人员在内的团队开发，它利用可编程 RNA 链来引导不同类型的分子机器进行基因序列插入。它通常采用与逆转录酶融合的紧凑型蛋白质（如 IscB，Cas9 的祖先）。在该 RNA 的引导下，这种复合物识别目标 DNA 位点，并直接合成和整合来自 RNA 分子的新 DNA 序列，通常使用转座酶样机制。这种方法旨在简化编辑过程，并可能减少与 CRISPR 相比的错误，因为它可以用作相对独立的单元进行靶向 DNA 插入，而无需诱导 DSB。

• 高效递送： SeekRNA 系统可能相对紧凑（例如，使用比 Cas9 更小的 IscB 蛋白和引导/模板 RNA），这可能有助于使用生物纳米级载体（如囊泡或脂质纳米颗粒）将其递送到细胞中。
• 前景广阔的结果： 该技术已在细菌中显示出成功的靶向 DNA 插入，目前正在进行研究，旨在将其应用于更复杂的真核细胞，包括人类细胞。

虽然 CRISPR-Cas9 彻底改变了基因工程，但它也存在局限性，主要是脱靶突变的风险以及双链 DNA 断裂修复导致的目标位点意外插入或缺失（插入缺失）。Prime Editing 和 SeekRNA 旨在规避这些问题。Prime Editing 通过仅切开一条 DNA 链来最大限度地降低风险。SeekRNA 利用一种独特的机制，涉及 RNA 引导的逆转录和整合，也避免了靶向插入需要 DSB。避免 DSB 至关重要，因为 DSB 修复，特别是通过非同源末端连接 (NHEJ) 途径的修复，可能会引入不可预测且可能有害的突变或更大的染色体改变。

Prime Editing 和 SeekRNA 在精确性、灵活性和安全性方面的这些进步使其成为 CRISPR-Cas9 的非常有前景的替代品或补充。它们在医学（开发遗传疾病疗法）、农业（作物改良）和生物技术研究中具有广泛的应用潜力。虽然与一些已进入临床试验的基于 CRISPR 的疗法相比，许多应用，尤其是治疗应用，仍处于早期开发阶段，但这些较新的工具为治疗遗传疾病和促进各个领域的研究开辟了令人兴奋的可能性，因为它们能够实现更高效、更可靠的基因改造，并可能减少意外后果。