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2019年10月21日,，單堿基編輯技術開創(chuàng)者，Broad研究所劉如謙（David R. Liu）教授在Nature雜志發(fā)表題為：Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA 的研究論文,。該研究開發(fā)了一種全新的精準基因編輯工具——先導編輯（Prime Editor）,，無需依賴DNA模板便可有效實現(xiàn)所有12種單堿基的自由轉換，而且還能有效實現(xiàn)多堿基的精準插入與刪除（最多插入44個堿基,，或刪除80個堿基）,。 Nature 雜志評論這一技術是“超精確的新型基因編輯工具”， Science 雜志評論它是“超越CRISPR”的重大突破,，哈佛大學教授,，CRISPR先驅(qū)喬治·丘奇（George Church）盛贊這一成果：“朝著正確方向邁出的一大步”。 
先導編輯（Prime Editor）,，將Cas9酶（藍色）和逆轉錄酶（紅色）結合成復合物,，在gRNA（綠色）的引導下，將該復合物帶到DNA雙螺旋（黃色和紫色）的特定位置,，并保留在該位置插入新DNA序列,。
CRISPR基因編輯技術是一種在2012年被發(fā)明的極其強大的基因組編輯工具，2013年2月,，張鋒等人首次將CRISPR技術用于人類細胞的基因編輯,，很快取得了一系列輝煌的成果，目前CRISPR基因編輯技術已經(jīng)開始用于人類遺傳病治療的臨床試驗,。但是,，目前CRISPR基因編輯技術仍然顯得有些笨拙。CRISPR基因編輯有時會改變它不應該改變的基因,，也就是所謂的脫靶效應,，此外，CRISPR基因編輯依賴于DNA雙鏈斷裂,，從而可能導致基因編輯后的細胞出現(xiàn)不可預期的混亂，這些缺陷的存在限制了其在基礎研究和農(nóng)業(yè)中的使用,，并在醫(yī)學上構成安全隱患,。2016年4月20日,，劉如謙等人在 Nature 發(fā)表論文，首次可以通過可靠,、可預測的方法,，實現(xiàn)對改變活細胞基因組中的單個堿基進行修改,。
2017年10月25日，劉如謙等人進一步升級,，開發(fā)出了單堿基編輯器（Base Editor），將Cas9和APOBEC（胞嘧啶脫氨酶）整合，能夠在不造成DNA雙鏈斷裂的情況下,，將A-T堿基對轉換為G-C堿基對,，實現(xiàn)對基因組點突變的定點矯正修復。
許多遺傳性疾病是由單個堿基突變導致的,，因此,，單堿基編輯器的出現(xiàn)，為治療許多單堿基遺傳病提供了強大的方法,，劉如謙也因此被 Nature 評為“2017年影響世界十大科學人物”,。 但是，單堿基編輯器有局限性,，并不能任意編輯所有堿基，而且，2019年3月1日,，中國科學家楊輝,、高彩霞各自在 Science 發(fā)表研究論文,，證實單堿基編輯器存在嚴重的意料之外的脫靶效應,，這也為原本前景樂觀的單堿基編輯技術蒙上了一層陰影,。詳情：中國團隊證實單堿基編輯存在嚴重脫靶效應不能任意編輯所有堿基,，存在脫靶效應,，這是單堿基編輯技術面臨的兩大問題,，為了解決這兩個問題,，許多卓越的科學家在不懈努力，以期開發(fā)出效果更好,、脫靶性更低的單堿基編輯系統(tǒng),。為了解決這兩個問題,，劉如謙團隊在Cas9酶和gRNA兩方面進行了重大改造：一是改造gRNA,，在其3’末端增加了一段RNA序列,，形成所謂的pegRNA；二是改造Cas9酶，將Cas9酶的變體（H840A突變型，只切斷含PAM的靶點DNA鏈）與逆轉錄酶融合,，形成融合蛋白復合體,。pegRNA的3’端序列有雙重角色,，一段序列作為引物結合位點（PBS），與斷裂的靶DNA鏈3’末端互補以起始逆轉錄過程，另一端序列則是逆轉錄的模板（RT模板），其上攜帶有目標點突變或插入缺失突變以實現(xiàn)精準的基因編輯。
劉如謙團隊對 Prime Editor 在人類和小鼠細胞中進行了175種以上的基因編輯實驗,，成功修復了導致鐮狀細胞性貧血癥和Tay-Sachs病的基因突變,。鐮狀細胞性貧血癥，是一種常染色體顯性遺傳病,，因編碼血紅蛋白的基因中發(fā)生了A到T的單堿基突變,，導致血紅蛋白β-肽鏈第6位氨基酸谷氨酸變成纈氨酸，構成鐮狀血紅蛋白,，取代了正常血紅蛋白,。該疾病的純合子很難存活到成年。Tay-Sachs病,，是一種常染色體隱性遺傳病,，因HEXA基因發(fā)生突變，多出4個堿基,，導致HEXA基因編碼的脂質(zhì)分解酶失活,，從而導致神經(jīng)節(jié)苷脂在大腦中聚集至中毒水平，通?；颊咧荒艽婊钪羶扇龤q,，該疾病在猶太人中發(fā)病率相對較高。這兩種遺傳病,，使用傳統(tǒng)的基因組編輯系統(tǒng)要么無法修復,，要么效率低下,。而劉如謙團隊使用 Prime Editor 成功修復了這兩種基因突變,，不僅效率大大提高,，而且脫靶效應更低,，劉如謙團隊在論文中表示,，該技術“原則上可以修復75000種已知致病性人類遺傳變異的89%”,。為了促進先導編輯（Prime Editor）發(fā)展,，進一步檢驗和改進這種新型基因編輯方式,，劉如謙團隊已向?qū)W術界和非盈利組織免費公開這一系統(tǒng),。據(jù)了解,，劉如謙已圍繞這項新堿基編輯工具Prime Editor創(chuàng)建了新公司 Prime Medicine 。這也是劉如謙作為創(chuàng)始人或聯(lián)合創(chuàng)始人的第七家科技公司,。之前劉如謙與張鋒等人已聯(lián)合創(chuàng)建了三家基因編輯領域公司：基因編輯醫(yī)療公司Editas Medicine,、單堿基編輯公司Beam Therapeutis、基因編輯農(nóng)業(yè)公司Pairwise Plants,。
張鋒教授（左）,、David Liu教授（中）,、J. Keith Joung教授（右） 其中，Editas Medicine已經(jīng)成功上市,，Beam Therapeutis也已經(jīng)提交上市申請,，Pairwise Plants已獲得數(shù)千萬美元融資。 給跪了,。,。。
https://www./articles/s41586-019-1711-4
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