研究人员开发危险分析工具以更安全地设计基因编辑

一组研究人员开发了一种名为 DANGER(通过 RNA 测序评估的有害和可预期指南)分析的软件工具，该工具为所有具有转录组的生物体中更安全的基因组编辑设计提供了一种方法。大约十年来，研究人员一直使用 CRISPR 技术进行基因组编辑。然而，CRISPR的使用也存在一些挑战。DANGER 分析克服了这些挑战，使研究人员能够在没有参考基因组的情况下进行更安全的靶向和脱靶评估。它具有在医学、农业和生物研究方面的应用潜力。

他们的研究成果于 2023 年 8 月 23 日发表在《生物信息学进展》杂志上。

基因组编辑或基因编辑是指允许研究人员改变生物体基因组 DNA 的技术。借助这些技术，研究人员可以添加、删除或改变基因组中的遗传物质。

CRISPR-Cas9是众所周知的基因编辑技术。它因比其他类似技术更准确、更快且更便宜而享有盛誉。然而，使用 CRISPR 技术进行基因编辑面临着一些挑战。第一个挑战是意外的 CRISPR 动力学引起的表型或可观察的效应没有得到定量监测。

第二个挑战是CRISPR技术通常依赖于基础基因组数据，包括参考基因组。参考基因组就像一个模板，为研究人员提供基因组的一般信息。可能会发生意外的不匹配序列编辑。这些偏离目标的网站总是出乎意料。因此，研究人员需要一种方法来观察实际的基因组序列并限制潜在的脱靶效应。“基因组编辑的设计需要良好表征的基因组序列。然而，患者、癌症和未知生物体的基因组信息往往是不完整的，”广岛大学基因组编辑创新中心PtBio 合作研究实验室助理教授Kazuki Nakamae说。

研究小组着手设计一种方法来处理表型效应和对参考基因组的依赖性问题。该团队的危险分析软件克服了这些挑战。该团队使用人类细胞和斑马鱼大脑的基因编辑样本，在 RNA 测序数据中进行规避风险的正靶和脱靶评估。

该团队证明了危险分析流程可以实现多个目标。它使用 RNA 测序数据检测基因组 mRNA 转录区域中潜在的 DNA 靶点和脱靶位点。它根据基因表达变化提供的证据评估有害脱靶位点的表型效应。它在基因本体术语水平上量化了表型风险，无需参考基因组。这一成功表明，可以对各种生物体、个人人类基因组以及疾病和病产生的非典型基因组进行危险分析。

DANGER 分析流程使用 RNA 测序数据，基于从头转录组组装来识别基因组的靶点和脱靶位点。转录组包括细胞中所有活性基因读数的集合。通过从头转录组组装，转录组的组装不需要参考基因组的帮助。接下来，危险分析确定有害的脱靶。这些是 mRNA 转录区域的脱靶，代表编辑后的样品与野生型样品相比表达下调。最后，该软件使用有害脱靶的基因本体来量化表型风险。“我们的危险分析是一种新颖的软件，可以量化由估计的脱靶引起的表型效应。此外，我们的工具使用从头转录组组装，其序列可以根据处理样本的 RNA 测序数据构建，无需参考基因组，”广岛大学基因组编辑创新中心教授Hidemasa Bono说。

展望未来，该团队希望利用危险分析来扩展他们的研究。“我们将将该软件应用于来自患者和农作物的各种基因组编辑样本，以阐明表型效应并建立更安全的基因组编辑策略，”Nakamae 说。

危险分析是开源的并且可自由调整。因此，该流程的算法可以重新用于分析 CRISPR-Cas9 系统之外的各种基因组编辑系统。通过结合 CRISPR-Cas9 特异性脱靶评分算法，还可以增强 CRISPR-Cas9 危险分析的特异性。该团队相信，DANGER 分析流程将扩大基因组研究和使用基因组编辑的工业应用的范围。

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