2021技术展望：多功能基因组编辑技术

Prime editors可以将不同类型的小突变引入到基因组中。

CRISPR技术彻底改变了基因组编辑和生命科学领域，但要实现高效而精确的编辑还有很长的路要走。

典型的CRISPR-Cas9系统生成双链断裂（DSB），并触发DNA修复机制来完成编辑。我们现在知道在DNA修复过程中可能发生不需要的有害编辑。而碱基编辑器不需要DSBs，被认为是一种纠正点突变的有潜力工具。但是，碱基编辑无法插入靶标或进行剔除（indels），这限制了碱基编辑在单核苷酸取代中的应用。

为了扩大编辑能力，2020年刘如谦（David R. Liu ）教授在Nature 杂志发表题为“Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA” 的论文，开发了一种名为先导编辑（Prime Editor，PE）的基因编辑方法，在不引入双链断裂和供体 NA模板的前提下，在人类细胞中成功完成包括目标插入，缺失和所有12种类型点突变在内的超过 175 次编辑。

PE将Cas9切口酶和逆转录酶（RT）融合在一起，实现“搜索和替换”双重功能，其中逆转录将RT模板序列复制到靶标DNA。包含所需编辑的RT模板序列被嵌入到主要编辑导向RNA（pegRNA）中，该RNA也由导向序列，tracrRNA和引物结合位点（PBS）组成。正如预料的那样，这些多种成分增加了pegRNA的设计复杂性。

因此为了解决这个问题，研究人员快速启动了多个网络工具来设计pegRNA候选物，比如耶鲁大学 陈斯迪教授课题组发表了一篇论文：A web tool for the design of prime-editing guide RNAs ，开发了一种应用于CRISPR-PE编辑系统pegRNA设计的系统。

另外，还有研究人员提出了计算模型来预测使用具有不同RT和PBS长度的pegRNA时PE的效率，然而，仍然需要对PE-pegRNA复合物在大量靶序列上的靶上和靶外活性进行广泛的评估。

原则上，PE可以在原始间隔物相邻基序（PAM）依赖的目标位点安装任何可能的小突变。而实际的优化将不仅可以在人类细胞中进行编辑，而且还可以在植物，微生物和动物中进行基因编辑。

为了实现高效而精确的编辑，还需要付出巨大的努力才能更好地理解原始编辑固有的多种分子机制。考虑到PE的大小可能是Cas9系统的两倍，因此还需要改进传送系统。

参考文献

https://doi.org/10.1038/s41551-020-00622-8