CRISPR 基因編輯技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著很多應(yīng)用，從治療遺傳疾病、癌癥，到農(nóng)業(yè)育Kaiyun官網(wǎng)登錄入口 開云網(wǎng)站種、核酸檢測(cè)等等。CRISPR 基因編輯依賴于其兩種組分，負(fù)責(zé)對(duì)目標(biāo)位點(diǎn)的切割。CRISPR-Cas9 是應(yīng)用最為廣泛的 CRISPR 系統(tǒng)，但越來(lái)越多研究顯示，其對(duì) DNA 的直接切割具有潛在風(fēng)險(xiǎn)。

　　近年來(lái)，越來(lái)越多的 CRISPR-Cas 家族被相繼發(fā)現(xiàn)，其中CRISPR-Cas13是新型 CRISPR 工具中的耀眼新星（尤其是 Cas13d）。與 Cas9 不同的是，Cas13 是靶向切割 RNA。RNA 靶向的 CRISPR 系統(tǒng)為開發(fā)新一代的基因編輯療法帶來(lái)了巨大希望。

　　研究團(tuán)隊(duì)將深度學(xué)習(xí)技術(shù)與 CRISPR 篩選相結(jié)合，開發(fā)了一種人工智能（AI）平臺(tái)——TIGER，可以預(yù)測(cè) RNA 靶向的 CRISPR 系統(tǒng)（CRISPR-Cas13d）的上靶和脫靶活性，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)水平的精確調(diào)控。這項(xiàng)新技術(shù)為 CRISPR 基因編輯療法中的精準(zhǔn)基因調(diào)控鋪平了道路，也進(jìn)一步推動(dòng)了 RNA 靶向的 CRISPR 系統(tǒng)在人類遺傳學(xué)和藥物發(fā)現(xiàn)方面的廣泛適用性。

　　論文通訊作者 Neville Sanjana 表示，隨著從 CRISPR 篩選中收集到更大的數(shù)據(jù)集，應(yīng)用復(fù)雜機(jī)器學(xué)習(xí)模型的機(jī)會(huì)越來(lái)越快。有了TIGER模型，我們可以預(yù)測(cè)脫靶活性，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)特定基因表達(dá)水平的精確調(diào)控，這使得 RNA 靶向的 CRISPR 在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的許多令人興奮的新應(yīng)用成為可能。

　　RNA 靶向的 CRISPR 系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景，例如，RNA 編輯、靶向敲低 mRNA 來(lái)抑制特定基因表達(dá)、進(jìn)行藥物的高通量篩選、識(shí)別非編碼 RNA 的功能，還可以用來(lái)預(yù)防或治療 RNA 病毒的感染。

　　高精度是治療性 RNA 靶向的 CRISPR 技術(shù)安全性的關(guān)鍵，要想推進(jìn) Cas13 的臨床應(yīng)用，需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)——最大化上靶活性（on-target）、最小化脫靶活性（off-target）。脫靶活性包括 gRNA 和目標(biāo) RNA 的錯(cuò)配（mismatches），以及產(chǎn)生的插入和缺失突變（indels）。

　　然而，早期針對(duì) RNA 靶向的 CRISPR 系統(tǒng)的研究主要集中在上靶活性和錯(cuò)配上，而對(duì)脫靶活性的預(yù)測(cè)，特別是插入和缺失突變，還沒有得到很好的研究。在人類中，大約五分之一的基因突變屬于插入或缺失突變，所以這是 CRISPR 設(shè)計(jì)中需要考慮的重要的潛在脫靶類型。

　　在這篇最新論文中，Neville Sanjana 團(tuán)隊(duì)在人類細(xì)胞中進(jìn)行了一系列 RNA 靶向 CRISPR 篩選實(shí)驗(yàn)，在多個(gè)人類細(xì)胞系中檢測(cè)了 20 萬(wàn)個(gè)靶向必需基因的 gRNA 的活性，包括完美匹配的 gRNA，以及導(dǎo)致錯(cuò)配、插入或缺失突變的脫靶 gRNA。從而生成了一個(gè)大型 Cas13d 數(shù)據(jù)集，對(duì) Cas13d gRNA 的上靶和脫靶活性進(jìn)行了全面評(píng)估。

　　將深度學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)生成的結(jié)果與在人類細(xì)胞中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試相比較，TIGER 能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)上靶活性和脫靶活性，這也成為了第一個(gè)預(yù)測(cè) RNA 靶向的 CIRSPR 系統(tǒng)的脫靶活性的工具。

　　論文共同通訊作者 David Knowles 表示，利用現(xiàn)代高通量實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)集，機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)正在基因組學(xué)領(lǐng)域顯示出巨大優(yōu)勢(shì)。更重要的是，我們還能夠使用“可解釋的機(jī)器學(xué)習(xí)”來(lái)理解為什么該模型能夠很好地預(yù)測(cè) gRNA 的效果。

　　Neville Sanjana 實(shí)驗(yàn)室之前的研究展示了如何設(shè)計(jì)能夠敲低特定 RNA 的 Cas13 gRNA，而現(xiàn)在有了 TIGER，就可以進(jìn)一步指導(dǎo)對(duì) Cas13 gRNA 的設(shè)計(jì)，在靶向敲低和避免脫靶活性之間取得平衡。

　　通過(guò)將人工智能（AI）與 RNA 靶向的 CRISPR 篩選相結(jié)合，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)想 TIGER 的預(yù)測(cè)將有助于避免不希望的脫靶活性，進(jìn)一步促進(jìn)新一代 RNA 靶向療法的發(fā)展。

　　在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)還證明了，TIGER 的脫靶預(yù)測(cè)可以用來(lái)精確地調(diào)控基因表達(dá)水平，通過(guò)錯(cuò)配 gRNA 實(shí)現(xiàn)對(duì)特定基因的部分表達(dá)抑制。這對(duì)于許多由于基因拷貝數(shù)增加導(dǎo)致的疾病具有重要意義，例如唐氏綜合征、某些類型的精神分裂癥、腓骨肌萎縮癥，以及一些因?yàn)榛虍惓１磉_(dá)導(dǎo)致的癌癥。

　　總的來(lái)說(shuō)，該研究開發(fā)了的 AI 預(yù)測(cè)模型增強(qiáng)了我們對(duì) gRNA 靶向特異性和避免脫靶的理解，還能在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)水平的精確調(diào)控。這項(xiàng)研究進(jìn)一步推動(dòng)了 RNA 靶向的 CRISPR 系統(tǒng)在人類遺傳學(xué)和藥物發(fā)現(xiàn)方面的廣泛適用性。