基因编辑技术服务

Question

基因编辑技术服务

Answer 1

一项DNA编辑技术是否有优势涉及到方方面面。从目前的情况来看，NgAgo的优势很明显，主要体现在
1）反应效率不低（不说高，但不低）
2）特异性较好（但有人引用说因为gDNA比Cas9的gRNA 长5nt，所以精确度提高1024倍，这个“理论上”的4^5不得不说是噱头，因为脱靶率（精度）不是这个意思，这样外行的计算是不该的）
3）不依赖PAM
4）NgAgo本身分子量不大

另外还有一些文章中作为优势，但也可能是劣势的性质（比如使用ssDNA介导，提高特异性同时会带来很多问题）不论如何优势是明显的，但是仅仅这些方面并不够，还需要研究更多问题，比如特异性好是有限实验基础上的理论结论，实际应用脱靶率如何要看具体情况。

目前来看有几项事关这项技术未来的、优先待验证的问题是：
1）系统正交性
2）多位点编辑能力
3）NgAgo蛋白的模块化程度（工程化改造的潜力）
4）ssDNA的通用性和缺点

不要小看上述问题，条条都是卡脖子的，一条不给力就会被CRISPR比下去。很多人知道CRISPR很火，也知道CRISPR是很好的基因组编辑工具，容易以为基因编辑工具本身是很牛的，实际上CRISPR之所以火，还有很大一部分原因在于高正交性、高通用性、高工程化潜力带来的广泛应用，诸如转录后调控、人工TF等等。核酸定点内切是一个基础性质，带来了上述性质的可能性，需要经过验证才能就是否可以作为CRISPR的替代技术有一个结论。

比如在不同物种细胞系统中的正交性如何？目前知道Ago在真核到原核细胞中广泛存在同源基因，这个在文章中是作为某种优势来讲的，但实际上可能是一个劣势。因为正交性问题，在人类细胞中好用未必在其它物种中好用。大家可能注意到了，文章开篇第二个实验就是做了一个简单的正交性测试，测试结果还不错，文中提到
which implies that there is very limited 5 ′ phosphorylated ssDNA present in human cells, suggesting that endogenous ssDNAs will not mislead NgAgo to off-target sites
这当然不足以说明NgAgo具有高正交性，作者也用了implies的措辞，还有待进一步证实。可以从文中看出，作者最担心的问题其实也是系统正交性，在文章最后，作者特意强调需要进一步的高通量实验来研究这个问题，可见作者并非没有意识到，而是受限于时间或其它科研条件。

除此之外，多位点编辑能力是CRISPR的一项重大优势。我们现在知道NgAgo和ssDNA的结合是非常稳定的（在37℃条件下不可逆），这当然是某种提高特异性的优势，但稳定也是双刃剑，有可能成为劣势。文中提到：
similar to mammalian Ago2, which cannot exchange its bound oligos with free oligos at 37 °C
这样的性质是否会影响到NgAgo在多位点编辑中的反应效率不得而知。我看到大部分评论都没有提到这个问题。

CRISPR还有一个亮点是Cas9的模块化性质。可以容许进行较多的蛋白工程改造，NgAgo是否有这样的高度模块化的性质也将直接决定这项技术能否问鼎优秀DNA编辑技术的地位。如果对蛋白质工程设计的可扩展性不好，那么其应用很有可能受限。

最后还有ssDNA在各种细胞中如何使用等问题，我们现在知道CRISPR系统常导入gRNA或通过sgRNA transcription vector来制造介导核酸，DNA显然不能用这招，直接导入DNA本身就限制了NgAgo在一大类物种当中的应用潜力。有同学展望天然的5'p-ssDNA的加工机制未来可以利用，然而文章中提到人类细胞中5'p-ssDNA并不丰富。这有利于系统正交性，却也暗示ssDNA的使用有可能成为这项技术的一个瓶颈。有一位答主说ssDNA的用量只要CRISPR技术中RNA用量的1/10，这显然是英文不好造成了误读，文章中原文是：
if the sgRNA is expressed from a plasmid and the normal dosage of an ssDNA guide is only ~1/10 of that of a sgRNA expression plasmid
可见，特异性ssDNA在这项实验中是可以通过使用浓度饱和来增强NgAgo的特异性的（与破坏正交性的ssDNA竞争性结合NgAgo），但是这个robustness是一柄双刃剑。DNA分子本身的稳定性、系统的鲁棒性和使用方式会影响这个系统的可控性。一旦系统可控性不好，基本上会被最重要的生物医疗领域排除在外。