编者按：基因组编辑技术，或称精准的遗传物质修饰工具，现已成为生物医药领域的重要里程碑。作为生命科学和医学研究的创新性工具，该技术提供了全新的视角来解析复杂的生命过程，并推动了遗传性疾病治疗策略的发展。以CRISPR-Cas系统为代表的基因组编辑技术，凭借其高效性和可编程性，正在驱动现代生物技术的进步。随着2023年首款基于CRISPR的基因疗法（Casgevy）获得美国FDA批准，基因组编辑技术正正式进入临床应用的新阶段。

因此，小编在此推荐瑞士苏黎世大学Martin Jinek等人于2024年2月29日在生命科学顶刊《Cell》上发表的综述文章，标题为“Past, present, and future of CRISPR genome editing technologies”。该文全面梳理了CRISPR基因组编辑技术在基础研究和临床治疗中的发展现状和应用场景，重点分析了制约其应用的技术瓶颈，并系统论述了近年来为应对这些挑战而出现的关键技术创新。

CRISPR基因组编辑技术的过去：发展历程与局限

1）技术演变

基因组编辑技术的起源可以追溯到真核细胞DNA修复机制的研究。20世纪90年代，I-SceI等核酸内切酶的开创性实验表明，动物细胞中诱导的双链断裂（DSB）可以促进同源重组，为基因组编辑理论奠定了基础。随着技术的演进，研究者们开发了锌指核酸酶（ZFNs）和转录激活样效应因子核酸酶（TALENs），但它们的复杂设计限制了应用。直到2007年，CRISPR-Cas系统被证实作为细菌的免疫系统，可识别外源核酸并进行修饰，开启了基因组编辑的新篇章。

2）CRISPR核酸酶与基因组编辑

CRISPR-Cas核酸酶的可编程性使得它能够产生特定的双链DNA断裂，这一特性迅速推动了基因组编辑技术的发展。源自化脓性链球菌的Cas9蛋白，是首个被改造用于基因组编辑的核酸酶，因其高效性和特异性，成为应用最广泛的基因编辑工具。通过将tracrRNA与crRNA整合为单链引导RNA（sgRNA），研究者简化了CRISPR-Cas9系统，实现了“单酶单RNA”的可编程设计。因此，只需设计与DNA靶点匹配的sgRNA，即可引导Cas9靶向特定基因组位点。

在此过程中，研究者们也开发出Cas12a等新型CRISPR核酸酶，显示出不同的特性与应用潜力。这些技术的演变和发展为临床基因治疗提供了坚实基础，但依然面临着特异性、靶向范围和内源性修复机制等挑战。

3）CRISPR基因组编辑的局限

尽管CRISPR技术极大推动了科学研究的多领域发展，然而它的应用潜力受到多个因素限制，包括脱靶效应及靶向范围的局限。CRISPR系统由于对引导RNA的错配具有容忍度，可能导致意外靶向其他基因组位点。即便如此，提高CRISPR稳定性和特异性的高保真变体也在不断研发中，以减少脱靶效应，并提升其作为基因疗法的应用安全性。

CRISPR基因组编辑技术的现状与未来

近年来，基于Cas9和Cas12a的第一代CRISPR技术不断创新与优化，旨在提升其功能及提升安全性。第二代技术的提出，如碱基编辑和先导编辑，正逐步克服HDR效率低下的问题，提供更为精准的基因编辑解决方案。随着技术的演进，CRISPR在基础研究和人类健康领域的应用前景愈加广阔，尤其在遗传疾病治疗和疾病模型构建方面显示出巨大的潜力。

特别是在治疗遗传性疾病、肿瘤细胞靶向等方向，CRISPR技术的应用进展正在促进科学研究与临床转化的合力。通过结合新兴的交付系统和高效的基因组编辑技术，例如俄罗斯专享会284，科学界正在为未来的治疗方案探索更为精确和有效的方式。

总之，基因组编辑技术的持续进步为人类健康开辟了全新前景，研究者们正致力于解决当前所面临的挑战，以实现更安全、高效的基因治疗。