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近日，中國(guó)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(guó)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(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所/臨港國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(cè)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(cè)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(píng)估帶來了突破性的新工具，對(duì)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(xì)胞系、小鼠胚胎和水稻中可能會(huì)引發(fā)意外突變，而在體內(nèi)的長(zhǎng)期效應(yīng)仍不明確。為了探清這一潛在風(fēng)險(xiǎn)，研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種利用轉(zhuǎn)基因小鼠系統(tǒng)性地評(píng)估基因編輯工具安全性的方法，并將其命名為SAFETI。
為了檢測(cè)這一技術(shù)的有效性，研究人員分別構(gòu)建了三種表達(dá)不同堿基編輯器——BE3、YE1-BE3-FNLS和ABE7.10（F148A）的轉(zhuǎn)基因小鼠，并對(duì)約400只轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)15個(gè)月的評(píng)估（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，BE3小鼠的后代相對(duì)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(dá)水平呈正相關(guān)。相反，ABE7.10（F148A）小鼠中未檢測(cè)到DNA或RNA SNVs。
值得注意的是，在長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)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(jìn)行基因編輯時(shí)，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(yàn)證
圖2：對(duì)轉(zhuǎn)基因小鼠的全基因組、全轉(zhuǎn)錄組序列分析以及長(zhǎng)期體重觀察
中國(guó)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(guó)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(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所/臨港國(guó)家實(shí)驗(yàn)室魏武研究員為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金會(huì)、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金等資助。