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近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所左二偉課題組聯(lián)合中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心孫怡迪課題組、中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所/臨港國家實驗室魏武課題組，在Nature Communications期刊發(fā)表了題為：Cytosine base editors induce off-target mutations and adverse phenotypic effects in transgenic mice的研究論文。
該研究研發(fā)了一種檢測堿基編輯器體內(nèi)脫靶效應(yīng)的新方法——SAFETI，系統(tǒng)分析了三種堿基編輯器的脫靶效應(yīng)，并檢測到轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)出現(xiàn)新的脫靶突變。該研究為基因編輯工具的安全性評估帶來了突破性的新工具，對指導(dǎo)基因編輯工具的安全應(yīng)用具有重要意義。
單堿基編輯技術(shù)自問世以來，因其高效性和特異性備受推崇，然而研究發(fā)現(xiàn)，這一技術(shù)在細胞系、小鼠胚胎和水稻中可能會引發(fā)意外突變，而在體內(nèi)的長期效應(yīng)仍不明確。為了探清這一潛在風(fēng)險，研究團隊研發(fā)出一種利用轉(zhuǎn)基因小鼠系統(tǒng)性地評估基因編輯工具安全性的方法，并將其命名為SAFETI。
為了檢測這一技術(shù)的有效性，研究人員分別構(gòu)建了三種表達不同堿基編輯器——BE3、YE1-BE3-FNLS和ABE7.10（F148A）的轉(zhuǎn)基因小鼠，并對約400只轉(zhuǎn)基因小鼠進行了長達15個月的評估（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，BE3小鼠的后代相對父母本產(chǎn)生了新的DNA突變。RNA-seq分析發(fā)現(xiàn)，BE3和YE1-BE3-FNLS在轉(zhuǎn)錄組范圍內(nèi)引發(fā)特有RNA SNVs，且RNA SNVs的數(shù)量與CBE在各種組織中的表達水平呈正相關(guān)。相反，ABE7.10（F148A）小鼠中未檢測到DNA或RNA SNVs。
值得注意的是，在長時間監(jiān)測過程觀察到，BE3小鼠中出現(xiàn)了肥胖（比例>40%）和發(fā)育遲緩（比例>6%）等異常表型（圖2）。這些發(fā)現(xiàn)揭示了在使用胞嘧啶堿基編輯器（CBE）進行基因編輯時，可能存在被忽視的副作用。
圖1：SAFETI示意圖以及轉(zhuǎn)基因小鼠單堿基編輯功能驗證
圖2：對轉(zhuǎn)基因小鼠的全基因組、全轉(zhuǎn)錄組序列分析以及長期體重觀察
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所副研究員閆娜娜、博士后馮虎、博士后孫永森、博士研究生辛穎、博士后張海航為該論文的共同第一作者，基因組所左二偉研究員和中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心孫怡迪研究員和中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所/臨港國家實驗室魏武研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、中國博士后科學(xué)基金會、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金等資助。