【Nature子刊】大改进！新Cas9模型定位DNA切割位置，预测脱靶概率——朝着更高精度的基因编辑前行！

来自代尔夫特理工大学（TU Delft）的研究人员提出了一个基于物理学的模型，建立了用CRISPR-Cas9进行基因编辑如何工作的定量框架，并允许预测在哪里、有多大概率以及为什么会发生靶向错误（脱靶）。这项已经发表在《Nature Communications》上的研究，题为“A kinetic model predicts SpCas9 activity, improves off-target classification, and reveals the physical basis of targeting fidelity”，让我们首次对当今最重要的基因编辑平台背后的机制进行了详细的物理理解。

CRISPR-Cas9蛋白的发现极大地简化了基因编辑，并为寻找治愈许多遗传性疾病的方法带来了希望。然而，在人类治疗中常规和安全使用该技术需要任何脱靶效应的极端精确度和可预测性。TU Delft的Bionanoscience部门Martin Depken领导的一个研究团队现在已经证明了一种新的、基于物理学的模型，在现有模型上有很大的改进：该模型不仅能预测DNA有可能在哪里被切割，而且有多大的概率会发生这种情况。

基于物理学的方法来理解Cas9基因编辑

目前基因编辑的生物信息学模型的一个很大的限制在于它们在本质上是二元的：它们将基因组上的靶标分类为可能或不可能被切割。这些模型只关注非常高概率的靶向错误（脱靶），并且会遗漏许多概率较低的脱靶，这些脱靶可能相当于基因组中的大多数编辑错误。现在，研究人员创建的新物理模型同时考虑了高概率和低概率的脱靶；它可以用于物理上表征任何Cas9变体，并预测任何位点都会被切割的概率。

Martin Depken解释了他的实验室新的基于物理学的方法：“在基因编辑中，你想最大化在预期位点切割的概率，同时最小化基因组其余部分的切割量。因此，从概率方面理解切割是至关重要的。根据单分子物理学和结构数据的实验，我们创建了一个模型，可以做到这一点。我们改变了描述基因编辑的方式，从二进制选择到完整的概率图。”

提高基因编辑的准确性

通过对脱靶发生的原因给出物理见解，这项研究也标志着朝着更合理的改造新基因编辑平台的方式，以及对现有平台进行表征、评估和比较的重要下一步。随着对基因编辑的概率描述，研究人员也希望通过解释所有可能的脱靶来帮助改善基因组编辑中的风险评估。

Depken说：“与我们在德克萨斯大学奥斯汀分校的实验合作者一起，我们现在已经用我们的模型对Cas9进行了基准测试。我们的下一个目标是与其他高精度基因编辑平台做同样的事情，以了解它们是如何和为什么不同的。有了这一点我们希望揭示更高精度基因编辑的道路。”（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://phys.org/news/2022-03-cas9-dna-behavior.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。