AI踏入人类基因组领域，遗传病攻克迎来新希望

自 2007 年科学家们首次发现 CRISPR-Cas 系统在细菌中的自然免疫机制以来，CRISPR 基因编辑技术已经成为全球范围内最受瞩目的科学突破之一，给遗传病的治疗、疾病模型的构建以及生物农业技术的发展带来了深远的影响，为生命科学研究提供了前所未有的编辑灵活性和精确性。

近年来人工智能（AI）领域的快速发展，有望解除受到自然进化限制的基因编辑器，这对于开发出适应性更强、灵活度更高的基因编辑技术具有重要的指导意义。

2024 年 4 月 22 日，AI 蛋白质设计公司 Profluent 发布了 OpenCRISPRTM 计划，推出了首个开源的人工智能生成基因编辑器——OpenCRISPR-1。该基因编辑器完全由人工智能从头设计，并首次成功地开展了人类基因组精确编辑。

关于 OpenCRISPR-1 的具体介绍被 Profluent 公司以预印文本形式发表于 bioRxiv 上，论文题目为 Design of highly functional genome editors by modeling the universe of CRISPR-Cas sequences。

研究内容

研究团队以人类 HEK293T 细胞系为实验模型，通过质粒递送 OpenCRISPR-1 至细胞，以此完成多种基因组靶点编辑。随后检测脱靶效率，发现 OpenCRISPR-1 表现出与 SpCas9 相当的基因编辑效率和更高的特异性。

需要指出的是 SpCas9 为目前使用最为广泛的基因编辑器，OpenCRISPR-1 由 Cas9 样蛋白和 gRNA 组成，该 Cas9 样蛋白的氨基酸序列与 SpCas9 相比有 400 个突变，上述结果表明 OpenCRISPR-1 的确具有可行性。

图片来源：bioRxiv 官网

此外，当 OpenCRISPR-1 与 AI 生成的脱氨酶结合时，能够发挥碱基编辑的功能，即在一组目标位点显示出稳健的 A-to-G 编辑。

目前 OpenCRISPR-1 是 Profluent 公司推出的第一个基因编辑技术版本，该技术开源，不仅免费用于科学研究，也能够免费用于商业用途。Profluent 公司鼓励科研工作者们使用及测试 OpenCRISPR-1，从而帮助迭代和推进 OpenCRISPRTM 计划。

综上所述，OpenCRISPR-1 为提高基因编辑疗法效率、降低基因编辑疗法费用奠定了基础，有助于攻克目前临床上无法治愈的遗传病。当然，尽管基于 AI 生成的基因编辑器潜力巨大，但是它们还需要在临床前和临床研究中进一步证明安全性和有效性，因此 OpenCRISPR-1 在短期内影响医药领域格局的可能性较小。

展望

诚如上文提到，CRISPR 技术的发展是现代生命科学领域的里程碑，它不仅开辟了基因编辑的新纪元，也为生物医药研究和应用带来了诸多可能。

例如近日空军军医大学西京医院实施的多基因猪-脑死亡受者异种肾移植手术广受关注。研究人员将一只多基因编辑猪的肾脏移植至一位脑死亡受者体内。标志着我国通过基因编辑技术实现异种移植的重大突破。

此外，CRISPR-Cas9 技术能够精确编辑特定的遗传缺陷，实现疾病相关基因的修复或功能性调控，为遗传病患者带来生存的曙光。例如，针对 β-地中海贫血和镰状细胞贫血等血液疾病的基因治疗已进入临床试验阶段。

当然，CRISPR 技术尽管具有革命性的潜力，但其应用也伴随着风险和挑战，包括：

①脱靶效应：编辑工具可能会错误地识别并切割非目标 DNA 序列，可能导致意外的基因突变；

② 遗传物质的非预期变化：即使在目标位点成功编辑，也可能引发复杂的基因交互作用，导致无法预测的后果；

③ 伦理和社会问题：涉及人类胚胎编辑的应用，可能引起广泛的伦理和社会担忧。

然而可以预见的是，随着 CRISPR 技术的进一步研究和创新，将不断地拓宽科学家们对生命科学的认知和应用能力，为患者及其家庭带来福祉！

参考文献：

[1] Pacesa M, Pelea O, Jinek M. Past, present, and future of CRISPR genome editing technologies. Cell. 2024;187(5):1076-1100. doi:10.1016/j.cell.2024.01.042

[2] Jeffrey A et al. Design of highly functional genome editors by modeling the universe of CRISPR-Cas sequences. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.22.590591v1