近年来，利用各种CRISPR-Cas分子复合物进行基因组编辑的研究进展迅速。世界上数以百计的实验室正在努力将这些工具用于临床，并不断推进它们的发展。
CRISPR-Cas工具允许研究人员以精确和有针对性的方式修改遗传物质的单个构建块。基于这种基因编辑的基因疗法已经被用于治疗遗传疾病、对抗癌症和培育耐旱和耐热作物。
CRISPR-Cas9分子复合物，也被称为基因剪刀，是世界各地科学家使用最广泛的工具。它在需要修改遗传物质的精确位置切割双链DNA。这与不切割双链的新基因编辑方法形成对比。
这种切割激活了细胞用来修复这种损伤的两种自然修复机制：一种是快速但不精确的修复机制，它只重新连接被切割的DNA的末端；另一种是缓慢而精确的修复机制，它缓慢而彻底，但并非在每种情况下都被激活。后者需要一个可复制的模板进行修复，以准确地在切割部位重新连接DNA。
这种缓慢的变异被称为同源定向修复。研究人员希望使用这种修复方法，因为它允许将单个DNA片段精确整合到所需的基因区域。这种方法非常灵活，可以用于修复不同的疾病基因。苏黎世联邦理工学院基因组生物学教授Jacob Corn说“原则上，它可以用来治疗任何疾病。”
为了让细胞使用同源定向修复，研究人员最近开始使用一种名为AZD7648的分子，这种分子可以阻止快速修复，迫使细胞使用同源定向修复。这种方法有望加速开发更有效的基因疗法。这些新疗法的初步研究效果良好。事实证明，好得令人难以置信。
Jacob Corn领导的一个研究小组刚刚发现，使用AZD7648有严重的副作用。这项研究刚刚发表在《Nature Biotechnology》杂志上。
尽管AZD7648促进了精确的修复，从而如人们所希望的那样使用CRISPR-Cas9系统进行精确的基因编辑，但在很大一部分细胞中，这导致了基因组部分的大规模遗传变化，而这些变化本应在不留下疤痕的情况下进行修改。ETH的研究人员发现，这些变化导致成千上万的DNA构建块（称为碱基）被简单地删除。甚至整个染色体臂也断裂了。这使得基因组不稳定，对通过该技术编辑的细胞产生不可预测的后果。
“当我们在基因组被编辑的地方分析基因组时，它看起来是正确和精确的。但当我们更广泛地分析基因组时，我们看到了巨大的基因变化。当你只分析短的、编辑过的部分及其邻近部分时，这些是看不到的，”Corn小组的博士后、该研究的第一作者Grégoire Cullot说。
负面影响的程度让研究人员感到惊讶。事实上，他们怀疑他们还没有完全了解损伤的全部程度，因为他们在分析修饰细胞时没有观察整个基因组，只观察了部分区域。因此，需要新的测试、方法和条例来澄清损害的程度和潜在危害。
分子AZD7648不是未知的。目前，它正在作为一种潜在的癌症治疗方法进行临床试验。
但是，ETH的研究人员是如何意识到这个问题的呢？在其他研究中，研究人员展示了当添加AZD7648时，CRISPR-Cas9基因编辑是多么高效和精确。“这让我们产生了怀疑，所以我们仔细观察了一下，”Jacob Corn说。
随后，ETH的研究人员不仅分析了编辑位点周围的DNA构建块序列，还分析了更广泛环境中的DNA构建块序列。他们发现了使用AZD7648引起的这些不必要的灾难性副作用。
他们的研究首次描述了这些副作用。其他研究小组也对它们进行了调查，并支持ETH研究人员的发现。他们还打算公布他们的研究结果。“我们是第一个说并非所有事情都很美好的人，”Corn说。“对我们来说，这是一个重大挫折，因为和其他科学家一样，我们曾希望利用这项新技术加速基因疗法的发展。”
然而，Corn表示，这不是结束，而是使用CRISPR-Cas技术进行基因编辑的进一步进展的开始。“任何新技术的发展都是一条崎岖的道路。一次失误并不意味着我们放弃这项技术。将来，通过使用不同物质的混合物，而不是仅仅使用一种分子来促进HDR，有可能避免这种危险。有很多可能的候选人。我们现在需要找出这种鸡尾酒必须由哪些成分组成，才能不损害基因组。”
基于CRISPR-Cas系统的基因疗法已经成功应用于临床实践。例如，近年来，100名患有遗传性疾病镰状细胞性贫血的患者已经接受了基于CRISPR-Cas的疗法的治疗——不含AZD7648。“所有的病人都被认为治愈了，没有副作用，”Corn说。“所以，我乐观地认为，像这样的基因疗法将成为主流。问题是哪种方法是正确的，我们需要做些什么来使这项技术对尽可能多的患者安全。”
