贺建奎现场演讲及问答全文(现身人类基因组编辑国际峰会)
在一些欧洲国家,多达10%的人口携带了一种天然的抗艾滋病毒能力,它可以防止HIV感染。CCR5基因是被研究最多的变异基因之一,也是最广为人知的基因之一。
1、小鼠CCR5基因敲除的研究
我们首先在小鼠体内进行CCR5基因敲除,以研究“跨代效应”( multi-generation effect)。我们获得了第三代CCR5缺失小鼠,并且通过Western blot和流式细胞术证实敲除成功。这些小鼠心、肝、肺、胃组织病理正常,小鼠一般行为评价也无差异。
2、人类CCR5-sgRNA设计
然后我们开始评估sgRNA是否可以设计用于人类的CCR5。我们评估了?32变体起始的位点有可能的靶向RNA。我们的发现表明不会发生脱靶效应。以前的一些论文也评估了类似的sg4位点,也没有检测出脱靶效应。
3、猴子试验
sg4诱导了人类细胞系、人类胚胎中最有效的基因编辑活动。由于这个靶点在猴子基因组中是保守的,我们可以用食蟹猴(M. fascicularis)来进一步评估这个靶点。
我们发现在受精后立即注射Cas9是效率最高的,这与其他研究的结果相同。多次重复实验结果相同,这同时还减少了嵌合情况。
为了更仔细地观察镶嵌现象,我们还对几个胚胎中的每个细胞进行了测序。这些胚胎是处在1 、2 、3-细胞阶段。
由于Cas9降解快且需要时间找到正确的靶点,我们探索了一些策略,通过在2-细胞阶段再次注射Cas9来减少嵌合。
我们扩大了样本量,并在双亲中跨周期观察到相同的实验结果。
4、用于人类胚胎的实验方法
然后我们想看看这个实验计划是否可以被用于成人类胚胎。正如其他人所报告的,Cas9是最有效的传递形式
调整剂量也能提高效果。根据我在2017年2月早些时候在基因组编辑研讨会上提出的建议,我们编辑了不可存活的胚胎并建立了胚胎干细胞系。
结果分析是正常的,核型正常。经染色和流式细胞仪检测,胚胎干细胞标志物表达正常。这种胚胎干细胞也形成了所有三种胚层,这是安全的标志。
5、脱靶效应检测
另一个安全问题是脱靶效应的影响。胚胎是位于生命的单个或少数细胞阶段,任何脱靶效应都会造成非常严重的后果,并有可能扩展到全身。在成人基因治疗中,脱靶效应是可以预期的,但也存在问题。
在胚胎植入前,我们通过对胚胎进行单细胞全基因组测序来检测其脱靶效应。我们使用了一种放大的方法来最小化假阳性率,以获得真实的结果。
其他实验室也采用了同样的方法,但我们更进一步,对亲本基因组进行测序,寻找存在于亲本细胞但不在测序基因组中的危险位点。
我们添加了基因组位点,以便对潜在传递位点进行无偏倚评估。我们对CRISPR设计进行了计算机预测,用于错配引导的计算设计。
最后,我们导入亲本基因组,这提高了灵敏度,并允许我们检测每个胚胎特有的新风险位点,这些位点来自SNPs。
我们能够可视化个体化的脱靶效应热点池,每个胚胎大约有1万个位点。我们使用全基因组测序来评估这些位点,并通过单细胞测序验证任何的新发现。
在全基因组无偏倚法鉴定的潜在切割位点中,全基因组测序数据未见明显的切割位点。使用我们的CRISPR设计软件,在50个人类胚胎中任何一个可能的危险部位都没有观察到切割活性。
6、hESC细胞系脱靶效应评估
我们研究了hESC细胞系的脱靶效应。我们没有亲代供体基因组,但我们能够识别出一个潜在的脱靶位点。这个脱靶位点处在非基因区域,虽然我们不能确定这是遗传还是编辑造成的。
在这里,可以看到19个存活胚胎的编辑效率。我们对胚胎进行了PGD和全基因组测序。没有识别出脱靶位点。
在一个胚胎中,我们在目标位点发现了6kb碱基的缺失,除了CCR5,其他基因没有受到影响。CCR5基因于其他基因之间的距离可以防止基因缺失的风险,这些检测通过下一代测序技术来实现。
7、植入胚胎
现在我主要讲双胞胎的怀孕问题。我们对双亲进行了测序来检测脱靶效应。母亲呈HIV阴性;父亲是艾滋病毒呈阳性,携带无法检测到的HIV病毒量。精子需要清洗以防其传播。我们在怀孕期间进行了DNA取样,露露和娜娜正常健康。
出生后,我们对几种不同的组织进行了测序。植入前遗传学检测显示有两个基因位点被编辑。一种是移码突变,它可以缩短CCR5蛋白,类似于自然保护变异。
我们告知了这对夫妇这意味着什么,提醒他们可以选择不经植入子宫就中断试验,或者选择胚胎。这对夫妇选择植入这个胚胎并开始双胚胎怀孕。
8、后续检测
除了桑格测序以外,我们还向志愿者报告了全基因组测序的数据,覆盖了80%的基因。全基因组测序测序的时候发现了一个脱靶效应。在胚胎植入前,我们告知了志愿者有脱靶的风险。但血液检测是并没有发现脱靶效应。
婴儿出生后我们对脐带血(主要是胎儿的血液)进行深度测序,通过植入前基因诊断确定了基因编辑的结果,Sanger测序的结果同样一致。
深度测序和Sanger测序都没有检测到脱靶效应。随后我们进行了全基因组测序,其中脐带血的测序深度为100X、其他组织为30X。这个过程中没有发现脱靶效应,在全基因组测序过程中也没有发现大的缺失。
接下来,我们想继续进行评估,包括通过血液检测判断HIV感染的可能性,同时还将进一步研究嵌合组织中的脱靶效应。
我们计划对双胞胎进行为期18年的检测,希望他们在成年后能继续配合我们的试验。谢谢!