毫无疑问，CRISPR基因编辑技术是近年来生物学领域最为火热的技术之一。2015年，它曾被《科学》杂志评为“年度科学突破”，相关应用也曾入选2014与2016年的《麻省理工科技评论》“年度十大科技突破”。人们相信，一个属于CRISPR的时代已经来临。
▲CRISPR技术曾被《科学》杂志评为“年度科学突破”（图片来源：《科学》）
然而，今日在《自然》子刊《Nature Methods》上发表的一篇只有1页出头的论文却发现，在小鼠的体内实验中，CRISPR技术会引入数百种意料外的基因突变。这则爆炸性的研究迅速成为了生物圈关注的热点。
要看懂这项研究，我们先来了解下CRISPR-Cas9基因编辑技术的原理。这套系统由两个关键成员组成——负责识别基因组中特定序列的“向导RNA”（sgRNA），以及负责剪切的Cas9蛋白。理论上说，通过更改向导RNA的序列，这套CRISPR-Cas9系统能够定位到基因组的任意一个位置，实行剪切与编辑。然而，基因组中过于接近的序列（高同源性）并不少见，一旦充当向导的RNA“看走了眼”，就会把Cas9蛋白带到预料外的地方进行剪切与编辑，带来潜在的风险。这一现象也被称为“脱靶效应”。
▲人们一度相信，CRISPR的脱靶效应，仅仅和互补序列（图中红色）的同源性相关（图片来源：《自然》）
对于这一现象，先前的科学家相信他们早已找到了解决之道——提前找到基因组中序列接近的同源区域不就得了？利用计算机算法，他们可以很快地找出基因组里最容易受“脱靶效应”影响的区域，这能带来两个好处：首先，在设计向导RNA的时候，科学家们可以选择最不容易产生“脱靶”的序列；其次，在CRISPR完成基因编辑后，科学家们可以反过来去检验，这些区域里是否出现了脱靶效应。如果没有，则说明这次基因编辑非常精准。
看起来很完美，不是吗？
错了！隐患依旧存在。
“在细胞系与培养皿中的组织里使用CRISPR后，这些预测性的算法能干得很棒，”本项研究的负责人之一，爱荷华大学（University of Iowa）的Alexander Bassuk教授说道：“但我们从来没有在活体的动物中，利用全基因组测序的方式去评估脱靶效应。”
▲该研究的主要负责人之一，爱荷华大学的Alexander Bassuk教授（图片来源：爱荷华大学）
真金不怕火炼。如果我们真的能完美预测CRISPR基因编辑带来的脱靶效应，那么即便是使用了全基因组测序，得到的实际结果也应该与计算机算法所预测的相差不远。为了验证这一想法，研究人员首先在细胞系中测试了四种不同的sgRNA，并挑选了活性最高的一种，用于修复小鼠体内的基因突变。后续研究也确认，这些小鼠体内的突变基因的确得到了修复。
然而，在对两只接受CRISPR基因编辑的小鼠，以及一只未接受编辑的小鼠（对照组）进行全基因组测序后，研究人员观察到了比预计高出许多的基因突变！
在第一只小鼠中，研究人员找到了164种插入/缺失突变（indels），以及1736种单核苷酸突变（SNVs）。在第二只小鼠中，同样出现了128种插入/缺失突变，以及1696种单核苷酸突变。相比之下，对照组带有的自发突变只有3-4种插入/缺失突变，以及90-100种单核苷酸突变。经过CRISPR编辑的小鼠，突变数上升了一个数量级！
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▲两只小鼠（F03与F05）分别出现了大量基因突变，且有68%的突变为两者所共有（最右一列）（图片来源：《Nature Methods》）
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