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评估基因治疗产品中基因组编辑脱靶背景下的遗传异质性：FDA 公开研讨会
根据美国食品药品监督管理局 (FDA) 的规定，基因治疗通过转录或翻译转移的遗传物质或特异性改变宿主（人类）基因序列来发挥作用 (FDA 2020)。基因组编辑技术，例如锌指核酸酶 (ZFN)、转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 和成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR)-Cas 相关核酸酶，包括碱基编辑器，提供了各种工具来高精度地修改基因组 (Li et al. 2020)。这些基因编辑技术极大地加快了基因组编辑基础研究 (Doudna 2020) 和治疗产品的创造速度。尽管这些基因组编辑模式对于高度特异性的基因工程具有巨大的前景，但必须严格审查潜在的脱靶效应，以改进技术并优化其安全性和有效性。意外改变（也称为脱靶或脱靶编辑）的潜在影响是基因组编辑作为一种治疗策略的安全性的关键考虑因素。基因组的意外改变可能是由修改除故意针对的位点以外的 DNA 引起的（美国国家科学院 2017 年）。
crispr/cas9：一种革命性的工具...
通过改善植物农艺性状的基本特征，农业生物技术和基因工程的最新进展为粮食和农业部门带来了许多好处。使用序列特异性核酸酶（SSN）的靶向基因组编辑提供了一种通用方法，用于诱导广泛的生物体和细胞类型的靶向缺失，插入和精确的序列变化。基因组编辑工具，例如siRNA介导的RNA干扰，转录激活剂样核酸酶（Talens）和用于DNA修复的锌 - 纤维核酸酶（ZFN），已广泛用于商业用途。然而，发现CRISPR/CAS9系统作为基因组编辑工具，它彻底改变了生命科学领域。在细菌和古细菌中首次发现了定期间隔的短质体重复序列（CRISPR）作为病毒学防御性DNA段。CRISPR-CAS9作为一种先进的分子生物学技术，可以在任何农作物物种中产生精确的靶向修饰。crispr/cas9由于其效率，特异性和可重复性，该系统被认为是生物技术领域的“突破”。除了其在生物技术领域的应用外，它还广泛用于作物改善中。
在人类细胞中进行碱基编辑以产生单核苷酸变体克隆细胞系
碱基编辑技术能够在哺乳动物细胞的目标基因组位点引入点突变，其效率和精度高于采用 DNA 双链断裂的传统基因组编辑方法，例如锌指核酸酶 (ZFN)、转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 和 CRISPR-Cas9（成簇的规律间隔的短回文重复序列-CRISPR 相关蛋白 9）系统。这可以更省时省资源地生成单核苷酸变异同源细胞系（即基因组序列仅在单个编辑核苷酸处彼此不同的细胞系）。这些单核苷酸变异克隆细胞系是评估遗传变异在天然细胞环境中的功能作用的有力工具。因此，碱基编辑可以在受控实验室环境中促进基因型到表型的研究，可用于基础研究和临床应用。在这里，我们提供优化的协议（包括实验设计、方法和分析）来设计碱基编辑构建体、转染粘附细胞、批量量化碱基编辑效率以及生成单核苷酸变体克隆细胞系。
基因组学和人类遗传学年度回顾 基因组编辑技术的技术转移模型
基因组编辑的许多基本发明，包括巨核酸酶、锌指核酸酶 (ZFN)、转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 和 CRISPR，都是首先在大学中制造并获得专利以鼓励商业开发。这导致了技术转让模式的多样性，但也带来了冲突。在大学专利的更广泛的历史和政策背景以及有关研究工具的特殊挑战的背景下，我们回顾了基因组编辑的专利财产以及用于将其商业化的多种技术转让模式，包括公共领域存储、开放获取合同、材料转让协议、非排他性和排他性许可、代理许可和聚合许可。这种多样性具有优势，它允许进行实验和竞争，我们将其描述为技术转让的联邦主义模式。基因组编辑的一个显着特点是第三方许可中介机构的兴起和成功。与此同时，基因组编辑技术的快速发展可能会削弱专利权和许可制度的重要性，并可能减轻过于宽泛的专利的影响，从而产生新的替代品来实现商业化。
鱼类中的基因组编辑技术
基因组编辑和沉默技术可以改变我们理解的生物学，影响鱼类和其他水生动物的疾病。基因编辑现在正在水产养殖，繁殖控制，不育和抗病性方面进行测试。必须将更多资金投资于创新技术，以解决该行业的这些问题。因此，基因沉默和基因组DNA编辑对未来对水生动物治疗的潜在显着影响。鱼类中的基因组编辑是研究的兴趣部分，有可能彻底改变水产养殖并帮助理解鱼类的遗传疾病。基因组编辑在编辑鱼类的基因组以用于各种用途时有许多应用。锌指核酸酶（ZFN）用于在斑马鱼（Danio rerio）中破坏基因。在另一侧，这些遗传修饰技术会通过多个突变引起各种负面影响。通过这个过程，认识到转基因的生物是一项挑战。鱼类中的基因组编辑是一个需要专业知识和专业知识的复杂领域。始终建议您在进行FISH基因组编辑实验时咨询专家并遵循道德和监管指南。
体内造血干细胞基因组编辑
摘要：过去二十年，基因组编辑工具取得了巨大进步，为先天性和后天性疾病的基因治疗提供了创新而有效的方法。锌指核酸酶 (ZFN)、转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 和 CRISPR-Cas9 已通过体外造血干细胞 (HSC) 基因治疗应用于遗传疾病（即血红蛋白病、范康尼贫血和遗传性免疫缺陷）以及传染病（即 HIV），而最近开发的基于 CRISPR-Cas9 的系统使用碱基编辑器和主要编辑器以及表观基因组编辑器为基因治疗提供了更安全的工具。然而，体外添加或编辑 HSC 基因的方法复杂、具有侵入性、技术难度大、成本高且有毒性。体内基因添加或编辑有望将基因治疗从一种高度复杂的策略转变为一种“用户友好型”方法，最终成为一种广泛可用、高度可及且可能负担得起的治疗方式。在本篇综述文章中，我们基于 30 多年来体外 HSC 基因治疗的经验教训，讨论了体内 HSC 基因编辑的概念、工具、取得的进展以及临床转化面临的挑战。
为 CRISPR/Cas9 设计引导 RNA 构建体...
水稻 (Oryza sativa L.) 是世界人口（亚洲和非洲）消费最广泛的主食。作为半水生一年生植物，水稻极易因各种环境压力而损失。许多研究表明需要开发耐非生物和生物胁迫的品种 [1] 。标记辅助育种、诱变育种、RNA 干扰、反义技术、ZFN 和 TALEN 等方法被用于开发水稻等作物抗非生物胁迫的优良性状。然而，最近，成簇的规律间隔的短回文重复序列相关核酸酶 (CRISPR/Cas) 系统作为开发作物可遗传基因操作的有效工具而备受关注 [2] 。 2013 年，利用 CRISPR/Cas9 在模式植物拟南芥中成功开发出基于基因组的编辑技术 [3] ，此后，各种作物中已成功编辑了大量与农艺性状相关的基因。这一进步为研究人员开辟了许多新的可能性，包括能够更快地了解生物植物系统。CRISPR 系统主要用于提高不同作物的产量效率、生物强化、生物和非生物胁迫耐受性 [1] 。
基因组编辑方法的比较评论
摘要：基因组编辑是一种利用工程化核酸酶对许多生物体基因组进行精确修改的新兴技术。所有基因组编辑工具都依赖于在目标位点处创建双链断裂 (DSB)，然后通过同源定向修复 (HDR) 或非同源末端连接 (NHEJ) 途径进行修复，从而产生所需的遗传修饰。主要的基因组编辑工具包括锌指核酸酶 (ZFN)、转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 和 CRISPR/Cas9 系统。通过创建精确的基因型修饰，这些工具可以在各种科学领域（尤其是医学、生物研究和生物技术）中创建不同的表型。自 2010 年以来，随着 TALEN 的出现，模式生物的基因组修饰已成为可能。随后，2013 年，CRISP/Cas9 系统开启了基因组编辑研究的新时代，这可谓是生物学的一场革命。此外，在不久的将来，基因组编辑将能够治疗遗传疾病。此外，基因组编辑在生产具有有用特性的不同作物和牲畜方面的前景也十分光明。这些产品被称为非转基因生物 (GMO) 的编辑作物。在这篇综述中，将介绍并简要比较主要的基因组编辑工具。
基因编辑的最新进展及其在病毒感染和疾病（包括 COVID-19）中的应用
基因疗法为治愈许多疾病和缺陷带来了希望。基因编辑技术的发现为世界带来了宝贵的工具，这些工具已被用于科学、医学和生物技术的各个领域。已经建立了多种基因编辑方法，包括 CRISPR/Cas、ZFN 和 TALEN。这些策略被认为有助于了解疾病进展的生物学机制。严重急性呼吸综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2) 已被指定为 2019 年底出现的冠状病毒病 2019 (COVID-19) 的病原病毒。这种病毒感染是一种高致病性和传染性疾病，引发了一场公共卫生大流行。由于基因编辑工具在多个科学和医学领域取得了巨大成功，它们最终可能有助于发现对抗 COVID-19 大流行疾病的新治疗和诊断策略。本综述旨在简要介绍基因编辑技术的历史和一些最新进展。之后，我们将描述 CRISPR-Cas9 系统的各种生物学特性及其在治疗不同传染病（包括病毒和非病毒）中的不同意义。最后，我们将介绍当前和未来抗击 COVID-19 的进展，以及 CRISPR 系统作为这场战斗中的抗病毒方式的潜在贡献。
马铃薯的 CRISPR/Cas 基因组编辑
马铃薯 ( Solanum tuberosum L.) (2 n = 4 x = 48) 是人类消费量继大米和小麦之后的第三大重要粮食作物。马铃薯被视为欧洲和美洲部分地区的主食。2018 年，世界马铃薯总产量为 3.6817 亿吨，其中中国（9026 万吨）位居第一，印度（4853 万吨）紧随其后（FAOSTAT，2018 年）。世界人口将从现在的 77 亿增加到预计 2050 年的 97 亿，对粮食供应构成了巨大挑战（联合国，2019 年）。马铃薯易受到各种病原体、害虫和环境非生物胁迫的侵害。在气候变化情景下，情况正在恶化。在印度，主要马铃薯种植邦的平均马铃薯产量（占全国马铃薯产量的 90%）可能会在 2050 年代下降 2.0%，在 2080 年代下降 6.4%（Rana 等人，2020 年）。为了解决这些问题，常规育种在品种开发计划中发挥了关键作用，同时结合标记辅助选择，主要针对晚疫病、病毒和马铃薯胞囊线虫 - 世界各地的抗性品种，例如印度的 Kufri Karan（ICAR-CPRI 年度报告，2018-19 年）。后来，马铃薯转基因技术也得到了开发，以抵抗疾病（如晚疫病和病毒）、非生物胁迫（如高温和干旱）、害虫（如马铃薯胞囊线虫和马铃薯块茎蛾）、加工品质（如降低冷诱导甜度），但它们均未在田间应用。因此，随着测序技术的进步和马铃薯基因组序列的可用性（马铃薯基因组测序联盟，2011），有可能应用基因组学工具（如基因组编辑）来调节目标基因。基因组编辑是一种先进的基因组学工具，可通过基因敲除和插入/缺失诱变来改良作物（Hameed 等人，2018）。它允许在基因组中的特定位点发生双链断裂（DSB），并通过自然发生的 DNA 修复机制进行修复，即非同源末端连接 (NHEJ) 或同源重组 (HR)。过去，该系统早期由蛋白质引导的核酸酶促进，例如锌指核酸酶 (ZFN) 和转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN)。但现在，人们的注意力转向了一种新的 RNA 引导核酸酶，称为成簇的规律间隔的短回文重复序列 (CRISPR) — CRISPR 相关 (Cas) (Nadakuduti 等人，2018)。与组装 CRISPR/Cas 相比，TALEN 和 ZFN 需要特殊的专业知识、更长的时间和更高的成本。事实上，据报道，CRISPR/Cas 在作物中的应用取得了巨大进展。在马铃薯中，CRISPR/Cas 已被证明可以改善块茎品质、抗病性（晚疫病和马铃薯 Y 病毒）、表型和其他性状（Dangol 等人，2019 年；Hameed 等人，2020 年；Hofvander 等人，2021 年）。本文介绍了 CRISPR/Cas 的现状、未来前景以及马铃薯面临的挑战。