这种基因编辑技术使用了先导编辑器以及被称为“重组酶”的高级酶。这种方法有可能导致对囊性纤维化等疾病有效的通用基因疗法。

麻省理工学院博德研究所和哈佛大学的研究人员已经改进了一种基因编辑技术，现在可以有效地插入或替换人类细胞基因组中的整个基因，可能使其适用于治疗用途。

博德核心研究所成员戴维·刘（David Liu）的实验室取得的这一进展，有一天可能会帮助研究人员开发出一种单基因疗法，用于治疗由数百或数千种不同基因突变之一引起的囊性纤维化等疾病。使用这种新方法，他们将在基因组中的原始位置插入一个健康的基因副本，而不是必须创建不同的基因疗法来纠正每个突变，使用其他进行较小编辑的基因编辑方法。

这种新方法结合了先导编辑和新开发的重组酶，前者可以直接进行大范围的编辑，最多可达100或200个碱基对，后者可以有效地在基因组的特定位点插入数千个碱基对的大片段DNA。这个系统被称为“eePASSIGE”，它可以比其他类似的方法更有效地进行基因大小的编辑。该研究已经在《自然生物医学工程》上发表。

“据我们所知，这是哺乳动物细胞中可编程靶向基因整合的第一个例子之一，满足潜在治疗相关的主要标准，”戴维·刘说，他是该研究的高级作者，理查德·默金教授和默金医疗保健变革技术研究所所长，哈佛大学教授和霍华德·休斯医学研究所研究员。“在这些效率下，如果我们在培养的人类细胞中观察到的效率能够转化为临床环境，许多（如果不是大多数）功能丧失的遗传病可以得到改善或挽救。”

戴维·刘小组的研究生斯姆里蒂·潘迪（Smriti Pandey）和博士后研究员丹尼尔·高（Daniel Gao）是这项研究的共同第一作者，这项研究也是与明尼苏达大学Mark Osborn小组和Beth Israel女执事医疗中心Elliot Chaikoff小组合作进行的。

潘迪说：“这个系统为细胞治疗提供了很有希望的机会，在给病人治疗疾病之前，它可以用来精确地将基因插入体外细胞，以及其他应用。”

“看到eePASSIGE的高效率和多功能性是令人兴奋的，它可能会成为一种新的基因组药物类别，”丹尼尔·高补充说。“我们也希望，它能成为整个研究界的科学家用来研究基本生物学问题的工具。”

主要的改进

许多科学家已经使用先导编辑来有效地对DNA进行长达数十个碱基对的修改，足以纠正绝大多数已知的致病突变。但是，将整个健康基因（通常有数千个碱基对长）引入基因组的原始位置，一直是基因编辑领域的一个长期目标。这不仅有可能治疗许多患者，而不管他们的致病基因发生了哪种突变，而且还可以保存周围的DNA序列，这将增加新安装的基因得到适当调节的可能性，而不是表达太多、太少或在错误的时间。

2021年，刘的实验室报告了实现这一目标的关键一步，并开发了一种称为twinPE的先导编辑方法，该方法将重组酶“着陆点”安装在基因组中，然后使用天然重组酶（如Bxb1）催化将新DNA插入引物编辑的目标位点。

刘与他人共同创立的生物技术公司Prime Medicine很快就开始使用这项技术，他们称之为PASSIGE（先导编辑辅助位点特异性整合酶基因编辑），来开发遗传性疾病的治疗方法。

PASSIGE只在一小部分细胞中进行编辑，这足以治疗一些（但可能不是大多数）由于失去功能基因而导致的遗传疾病。因此，刘的团队在今天报告的新工作中着手提高PASSIGE的编辑效率。他们发现重组酶Bxb1是限制pasige效率的罪魁祸首。然后，他们使用先前开发的一种名为PACE（噬菌体辅助连续进化）的工具，在实验室中快速进化出更有效的Bxb1版本。

由此产生的新进化和工程化的Bxb1变体（eeBxb1）改进了eePASSIGE方法，在小鼠和人类细胞中整合平均30%的基因大小的货物，是原始技术的4倍，是最近发表的另一种方法的16倍，称为PASTE。

戴维·刘说：“eePASSIGE系统为研究在我们选择的遗传疾病的细胞和动物模型中整合健康基因拷贝以治疗功能丧失疾病提供了一个有希望的基础。我们希望这个系统将被证明是朝着实现目标基因整合对患者的好处迈出的重要一步。”

带着这个目标，戴维·刘的团队现在正致力于将eePASSIGE与递送系统（如工程病毒样颗粒（evlp））结合起来，这可能会克服传统上限制基因编辑器在体内治疗递送的障碍。

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