基因编辑：纠正错误的“生命魔剪”

基因编辑技术更激动人心的广泛应用是癌症治疗领域。嵌合型抗原受体T细胞免疫疗法（CAR-T）是通过转基因技术将T细胞改造成针对特定肿瘤的一种新型的杀伤细胞的癌症治疗方法，在白血病、淋巴瘤、骨髓瘤等血液癌症治疗中有良好的疗效。传统CAR-T疗法需要分离患者的T细胞，在体外进行转基因，扩增至治疗需要的数量后再输回患者体内。这是个漫长的过程，有可能错过治疗时机。体弱的幼儿和老年病人也可能没有足够的T细胞供分离。现在通过使用CRISPR技术将T细胞中个体识别的基因敲除，可以实现通用型CAR-T细胞供应，缩短治疗时间并扩大适用人群。

4、人工智能加速开发“基因魔剪”

据英国《自然》网站报道，2020年，一名身患莱伯氏先天性黑蒙症（LCA10）的患者，成为接受CRISPR基因编辑药物人体直接注射试验的第一人。先天性黑蒙症是一种遗传失明症，是导致儿童先天性失明的主要原因。该疗法通过在视网膜下注射含有基因编辑药物的腺相关病毒载体，将突变的基因内含子片段切除或使其形成倒位，从而恢复基因的正常表达。后续更多的临床试验结果表明该疗法对部分患者有积极的效果。

每个人的基因组都是独一无二的特殊存在，是“我”之所以是“我”，而不是其他任何人的独特编码。如果将每个人的基因组都看作一本书，书中的篇章词句就是大大小小的基因片段，它们讲述着生命体从出生、生长发育到死亡的所有故事。当基因片段出现错误，人就会生病。过去，能够无障碍阅读这本“基因书”就是很了不起的事情了，但今天的科学家们已经可以运用各种技术，去纠正“书”中出现的错误。

然后，磨出“快刀利刃”，也就是优化出准确度更高、编辑效率更高，体积更小的基因编辑蛋白。这一点比较容易理解：刀钝，一刀下去拖泥带水，要么没切干净，要么把不该切的也拉扯下来，既不精准也不安全。而如果刀快，一刀下去干脆利落，只切该切的地方，才是基因编辑的理想工具。

1、剪除错误并插入正确基因片段

2、治疗遗传病和癌症前景可期

已经有极少数深受遗传病困扰的人体验过“基因魔剪”。

因此理论上，只要知道出现错误的靶点、正确的答案以及拥有一套编辑工具，数千种由于基因出错导致的疾病都可以找到治愈的办法。但从科学理论到临床实践，是一个复杂的系统性工程，运送编辑工具进入细胞、找到并抵达发生错误的基因片段、切掉和修改错误的片段，这三个步骤所涉及的技术都大有讲究。要在每一步上都精益求精，才能高效、精准地把出错的基因编辑好，完成从基因编辑工具到基因编辑药物的转变。

还记得前文说过基因编辑的几个步骤吗？科学家和工程师们目前在做的就是“各个击破”这件事。

例如近期对β-地中海贫血和镰刀状贫血症的基因治疗方案。这两种病都是因为编码β-珠蛋白的基因出现了变异，造成血红蛋白减少和贫血。由基因编辑技术发明人、2020年诺贝尔奖化学奖获得者埃曼纽尔·卡彭蒂耶（EmmanuelleCharpentier）开发了一种“曲线救国”的治疗方案：通过使用基因编辑技术降低另一个抑制基因的表达，来恢复γ-珠蛋白的表达，其通常是在胎儿时期才表达的，从而达到恢复红细胞功能的目的。该方法在临床上已获得了初步成效，截至2020年年底已治愈了4名β-地中海贫血和镰刀状贫血症的病患，帮助他们摆脱了长期输血的负担和并发症的困扰。这种疗法需要分离患者的造血干细胞，在体外通过电穿孔将基因编辑药物导入细胞，然后再将造血干细胞植入患者体内进行造血系统重建。类似的方法也可以用于其他造血干细胞相关遗传疾病的治疗。

在已知的6000多种遗传病中，目前只有大约几十种被美国食品药品管理局批准的药物，可以对其中一部分疾病进行治疗，绝大部分遗传疾病连有效的治疗方案都没有，治愈更是无从谈起。由于CRISPR可以修改DNA序列，因此对主要由基因突变、缺失等造成的遗传病来说，基因编辑技术可以为患者们带来一线希望。

就像用不同的导航会有不同的推荐路径，使用不同的向导RNA编辑同一个基因会有不同的编辑效率和脱靶率，而同样的CRISPR系统编辑不同的基因，效率有时候也会有巨大的差异。这些差异是由目标基因序列决定的。而从海量的基因序列—编辑效率所对应的数据中，找出潜在规律并用于预测和设计新的向导RNA，正是人工智能所擅长的。这些问题出现在基因编辑三部曲的每一个大小环节。生物数据的产出能力在目前阶段是有限的，但是实验室正在产出庞大的高质量体内数据集合，为构建人工智能模型提供了更为真实可靠的训练集。将人工智能应用于基因和细胞治疗领域，我们需要以数据为核心，开发适用于此应用场景的人工智能算法，对数据深度学习，建立起一套适合于某种疾病的基因治疗模拟平台。

文章来源：《生物信息学》 网址: http://www.swxxx.cn/zonghexinwen/2022/0708/714.html