CRISPR–Cas9基因編輯工具備受關注，雖然這種技術可以輕松地改變基因組，但它仍然有時容易出錯，或者產生意想不到的影響。現在，最近開發的替代方法可以更好地控制基因組編輯，這對于開發基因療法可能尤其重要。

Broad研究所劉如謙（David R. Liu）教授發表題為“Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA”的研究論文，開發了一種全新的精準基因編輯工具——先導編輯（Prime Editor），這種方法融合了工程逆轉錄酶和Cas9，將新的遺傳信息直接寫入到靶向DNA位點，從而使用Prime編輯導向RNA進行編輯。

 作者表示，這種方法可以降低“脫靶”效應，這是標準CRISPR–Cas9系統某些應用面臨的主要挑戰，從而帶來更安全的基因療法。

 目前，DSBs刺激的同源性定向修復（HDR）已被廣泛用于精確的DNA編輯。但是，HDR依賴于外源供體DNA修復模板，通常會通過DSB的末端修復產生過量的indel，并且在大多數治療相關的細胞類型（T細胞和某些干細胞是重要的例外）中效率低下。雖然提高DSB介導的編輯的效率和精度仍然是有前途的工作的重點，但這些挑戰促使人們探索替代的精確基因組編輯策略。

 2016年，David Liu實驗室等處開始了不依賴于DNA鏈斷裂的基因編輯技術的研究，其實“不依賴于DNA鏈斷裂的基因編輯技術”就是單堿基基因編輯技術。David Liu實驗室基于的是胞嘧啶脫氨酶APOBEC1（能催化C脫氨基變成U，而U在DNA復制過程中會被識別成T）和尿嘧啶糖基化酶抑制劑UGI（能防止尿嘧啶糖基化酶將U糖基化引起堿基切除修復）開發了第二代和第三代單堿基編輯系統APOBEC-XTEN-dCas9-UGI （BE2）和APOBEC-XTEN-Cas9n-UGI（BE3）。

 堿基編輯可以有效地進行四個堿基轉換突變（C→T，G→A，A→G和T→C），而無需在包括哺乳動物在內的許多細胞類型和生物體中使用DSB，但目前無法執行八個轉換突變 （C→A，C→G，G→C，G→T，A→C，A→T，T→A和T→G），例如需要從T→A到A→T突變直接糾正鐮狀細胞病（HBB E6V）的最常見原因。 此外，尚無報道采用無DSB的方法進行靶向缺失，如去除引起Tay-Sachs病（HEXA 1278 + TATC）的4堿基重復，或靶向插入，如需要直接插入3個堿基來糾正最常見的囊性纖維化病因（CFTRΔF508）。

 為此，David Liu等人將思路轉變了一下，設計了一種特殊的gRNA，也就是pegRNA。與普通的gRNA不同，這種pegRNA不但能夠結合想要進行編輯的特定DNA區域，還自帶“修改模板”。Cas9-逆轉錄酶融合蛋白會在pegRNA的引導下，精準地切開一條DNA鏈，然后根據“修改模板”，合成含有正確序列的DNA。細胞內的DNA修復機制會自動把這段新合成的序列整合進基因組。

 研究人員在早期測試中取得了相當大的成功。正如他們在論文中所寫的那樣，他們“在人類細胞中完成了超過175次編輯，包括目標插入，缺失和所有12種類型的點突變，而無需雙鏈斷裂或供體DNA模板。”

 研究顯示了4種人類細胞系，以及有絲分裂后的小鼠皮層神經元原神經“以不同的效率證實了prime editing。”“我們還沒有在哺乳動物細胞中發現其它能像是這種具有多功能性和精確度的技術，”David Liu等幾位相關科學家對研究發表了聲明。

文章第一作者Andrew Anzalone說：“隨著我們開發的這項技術越來越多的應用，這項技術的多功能性很快受到矚目。” “我們可以將新的遺傳信息直接復制到靶標位點，我們真的很興奮。”