由人工智能设计的openCRISPR-1技术实现了高保真基因组编辑和prime编辑功能

《Genome Medicine》：High-fidelity genome and prime editing enabled by the AI-designed openCRISPR-1

摘要

背景

像CRISPR-Cas9系统这样的RNA引导核酸酶通过实现可编程的DNA修饰，彻底改变了基因组工程。尽管基于结构设计和进化衍生的高保真Cas9变体提高了目标特异性，但它们往往会在目标活性上做出妥协，或者限制引导RNA（gRNA）的设计。

方法

我们使用扩增子测序、多重Digenome-seq以及靶向测序对OpenCRISPR-1和Cas9在人类细胞中的表现进行了直接比较。在HEK293T细胞中评估了28个内源性位点的编辑活性，并进一步在人类诱导多能干细胞（iPSCs）和MRC-5成纤维细胞中进行了验证。为了测试临床相关的递送方式，我们使用工程化的病毒样颗粒（eVLPs）递送了Cas9和OpenCRISPR-1的核糖核蛋白。我们还生成了基于OpenCRISPR的prime编辑器OpenCRISPR-PE2和OpenCRISPR-PE7，并使用pegRNAs和工程化的epegRNAs将它们与PE2max和PE7进行了比较。

结果

研究表明，OpenCRISPR-1是一种由AI设计的类似Cas9的核酸酶，在多个基因组位点上保持了与Cas9相当的编辑效率，同时显著减少了脱靶突变。通过多重Digenome-seq和靶向深度测序，OpenCRISPR-1的脱靶突变减少了553倍，其脱靶指数与高保真Cas9变体相当或更高。OpenCRISPR-1在多种gRNA格式（GX₁₉、gX₁₉和gX₂₀）下也能保持强大的编辑能力，这突显了其更高的通用性。此外，将OpenCRISPR-1转化为prime编辑器后，虽然编辑效率略有下降，但相对特异性比率降低了多达97%。

结论

这些发现证明了基于生成式AI的蛋白质设计是一种克服特异性与效率之间权衡的强大策略，扩展了基因组编辑的工具箱，既可用于研究也可用于治疗，开启了理性蛋白质设计的新时代。