CRISPR-Cas9广泛用于通过研究感兴趣的基因和修改疾病相关基因来编辑基因组。然而，这个过程与副作用有关，包括不需要的突变和毒性。因此，需要一种减少这些副作用的新技术，以提高其在工业和医学中的实用性。

现在，日本南部九州大学和日本中部名古屋大学医学院的研究人员已经开发出一种优化的基因组编辑方法，可以大大减少突变，为更有效地治疗遗传疾病打开大门。他们的发现发表在《自然生物医学工程》上。

以CRISPR-Cas9为核心的基因组编辑技术彻底改变了食品和医疗行业。在该技术中，Cas9核酸酶(一种切割DNA的酶)被引入细胞，合成向导RNA(gRNA)将酶引导至所需位置。通过切割基因组，可以删除不需要的基因，并且可以轻松快速地添加新的(功能性)基因。

基因组编辑的缺点之一是人们越来越担心突变和脱靶效应。这通常是由酶靶向具有与目标位点相似序列的基因组位点引起的。同样，当基因改变时，染色体水平的突变也会发生，这阻碍了癌症基因治疗的临床试验，甚至导致接受肌肉萎缩症治疗的患者死亡。该小组假设当前使用Cas9的编辑方案会导致过度的DNA切割，从而导致一些突变。

为了验证这一假设，由九州大学MasakiKawamata助理教授和名古屋大学医学研究生院HiroshiSuzuki教授组成的小组在小鼠细胞中构建了一个名为“AIMS”的系统，该系统分别评估每条染色体的Cas9活性。他们的结果表明，常用的方法与非常高的编辑活动相关。他们确定这种高活性导致了一些不需要的副作用，因此他们寻找可以抑制它的gRNA修饰方法。他们发现，在gRNA的5'端增加一个额外的胞嘧啶，可以有效地作为过度活动的“保障”，并可以控制DNA切割。他们称这种微调系统保护gRNA([C]gRNA)。

他们的结果是惊人的。使用他们的新技术，降低了脱靶效应和细胞毒性，提高了单等位基因选择性编辑的效率，并增强了同源定向修复(DNA双链断裂修复最常用的机制)的效率。

为了测试其在医疗环境中的有效性，他们调查了一种称为进行性骨化性纤维发育不良的罕见疾病。使用小鼠模型，他们能够创建与该疾病的人类版本相同的基因型。然后，使用源自患者的iPS细胞，他们能够精确地将损伤修复到单个核苷酸，特别是在导致疾病的疾病相关等位基因中，证明了他们的技术作为一种安全有效的基因治疗方法的实用性。

该团队还构建了各种基因组编辑模式与Cas9活性之间相关性的第一个数学模型，这将使​​用户能够模拟整个细胞群中基因组编辑的结果。这一突破将使研究人员能够确定效率最大化的Cas9活动，从而减少所需的巨大成本和劳动力。

“我们建立了一个新的基因组编辑平台，可以通过开发具有适当Cas9活性的活性调节[C]gRNA来最大限度地提高所需的编辑效率。此外，我们发现‘保护gRNA’可以应用于各种需要gRNA的CRISPR工具，方法是调节他们的活动，例如那些使用Cas12a的活动，它具有不同的DNA切割机制，”铃木教授说。

“对于使用Cas9激活或抑制感兴趣基因的技术，例如CRISPR激活和CRISPR干扰，过度诱导或抑制基因表达可能没有用，甚至对细胞有害。通过[C]gRNA控制表达水平是重要的可用于各种应用的技术，包括实施精确的基因治疗。”

该小组目前正在制定一项启动业务计划，以推广新的基因组编辑平台。“特别是，我们相信这项技术可以为医疗领域做出重大贡献，”Kawamata博士说。“我们目前正在细胞和动物实验中评估其对选定目标疾病的治疗效果和安全性，并利用它来帮助开发治疗药物和基因治疗方法，特别是针对尚未建立治疗方法的罕见疾病。”