CRISPR基因編輯工具箱中增加了一項新技術。該系統被稱為PASTE，用病毒酶將大段的DNA”拖放”到基因組中，這可能有助於治療一系列的遺傳疾病。CRISPR系統起源於細菌，細菌將其作為一種防禦機制來對付捕食它們的病毒，原理是如果一個細菌能夠在病毒感染中倖存下來，它將使用CRISPR酶來剪掉病毒DNA的一小段，並利用它來提醒自己如何抵禦該病毒的未來感染。

在過去的幾十年裡，科學家們將這一系統調整為一個強大的基因工程工具。CRISPR系統由一種酶組成，通常是一種叫做Cas9的酶，它可以切割DNA，還有一個短的RNA序列，指導該系統在基因組的正確部分進行切割。這可以用來剪掉有問題的基因，如那些導致疾病的基因，並可以用其他更有益的基因來替代它們。問題是這一過程涉及破壞DNA的兩條鏈，由於細胞可能很難按原定計劃重新修補，從而導致非預期的改變和被編輯細胞的更高癌症風險。

因此，麻省理工學院的研究人員著手開發一種新版本的工具，它對基因組更加溫和。與現有CRISPR-Cas9的”剪切和粘貼”方法不同，該團隊將這種新方法描述為更像一個”拖放”系統。PASTE，即”通過特定位點靶向元素的可編程添加”，仍然使用Cas9酶在引導RNA指定的位置切割DNA，但不同的是，新系統先切割一條鏈，”粘貼”後然後再切割另一條鏈，而不是同時切割兩條鏈，這使其穩定性更佳。

新基因的插入由稱為絲氨酸整合酶的酶處理，這些酶被病毒用來感染細菌並將其DNA插入目標的基因組–具有諷刺意味的是，CRISPR的起源是細菌對這些確切攻擊的防禦。這些整合酶自然地尋找目標基因組中的特定序列，因此在PASTE系統進行溫和切割後，它插入了整合酶正在尋找的小”著陸點”序列。最後，整合酶將其DNA有效載荷插入該部位的基因組中。

在一系列測試中，該團隊將PASTE系統用於人類肝臟細胞、T細胞和淋巴細胞，將13個不同的基因插入基因組的9個位置。其成功率高達60%，並且在插入部位產生的錯誤非常少。然而，在具有”人性化”肝臟的小鼠身上進行的試驗只在大約2.5%的細胞中起作用。

這種技術不僅更溫和，而且可能更安全，但該團隊表示，它能夠一次插入大量的DNA–在測試中可以實現高達36000個鹼基對的處理。這可能使它對替換有缺陷的基因特別有用，如那些導致囊性纖維化或亨廷頓氏病的基因。

“這是一種可能針對這些真正難以治療的疾病的新的遺傳方式，”該研究的高級作者Omar Abudayyeh說。”我們想努力實現基因治療在其最初成立時應該做的事情，那就是替換基因，而不僅僅是糾正個別突變。”

雖然在改進PASTE之前還有很多工作要做，它可以被用於治療這些疾病，但也不乏其他正在開發的CRISPR的溫和變體。這包括CRISPR-Combo、MAGESTIC、RLR，以及使用噬菌體或跳躍基因的系統。

這項新研究發表在《自然-生物技術》雜誌上。