近日,從國家知識產(chǎn)權(quán)局獲悉,貝斯昂科生物科技公司( Base Therapeutics,簡稱“貝斯生物” ) 的“一種堿基編輯工具及其用途”的創(chuàng)新基因編輯工具被授予發(fā)明專利。該專利從申請到獲得國家局授權(quán)僅僅1年半時間,或是我國第一項獲得授權(quán)的核心底層堿基編輯專利。 眾所周知,2020年獲得諾貝爾獎的基因編輯領(lǐng)域明星技術(shù)“CRISPR/Cas9”的底層專利權(quán)屬問題在美國MIT Broad研究所張峰團(tuán)隊和美國加州大學(xué)伯克利分校Jennifer Doudna團(tuán)隊之間進(jìn)行了長達(dá)數(shù)年的專利之爭,雖然目前Broad研究所的專利在美國和中國獲得授權(quán),而加州大學(xué)伯克利分校的專利在歐洲和中國獲得了授權(quán),而兩者之間的基因編輯專利之爭至今還沒有蓋棺定論。 雖然目前CRISPR/Cas9已經(jīng)被很多公司廣泛應(yīng)用,但由于無法繞開CRISPR/Cas9基因編輯的底層專利,產(chǎn)品商業(yè)化面臨巨大專利隱患。所以需要有全新的擁有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的基因編輯技術(shù),才是未來技術(shù)產(chǎn)品落地商業(yè)化推廣的有力保障。 哈佛大學(xué)David Liu等人在CRISPR/Cas9基礎(chǔ)上開發(fā)了堿基編輯(Base Editing),堿基編輯是通過其脫氨酶或許實現(xiàn)堿基的變換,在編輯過程中不會產(chǎn)生雙鏈斷裂,因此對基因組更加安全,產(chǎn)生的脫靶要顯著低于基因編輯。如果把基因編輯形容成一把剪刀,堿基編輯就像一支筆,在不產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂的情況下精準(zhǔn)的對目標(biāo)堿基實現(xiàn)變換,可以對基因?qū)崿F(xiàn)突變修復(fù)、基因敲除,沉默或者激活基因等多種編輯。 基因編輯與堿基編輯對比 而此次貝斯生物的一項核心的底層堿基編輯專利技術(shù)獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán),為中國基因編輯上游帶來了新的機(jī)會。動脈網(wǎng)獨(dú)家專訪了貝斯生物創(chuàng)始人徐天宏博士,解讀這項發(fā)生在中國的全新基因編輯技術(shù),以及為讀者呈現(xiàn)該公司目前的技術(shù)布局。 傳統(tǒng)的基因編輯技術(shù) 存在哪些改進(jìn)空間? CRISPR/Cas9的基因編輯技術(shù)在編輯過程中,由于核酸酶活性會產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂,會產(chǎn)生較多的脫靶,包括小片段的刪除或插入(indel)、點突變,甚至染色體結(jié)構(gòu)異常,隨機(jī)脫靶尤其在臨床應(yīng)用時有較大的潛在風(fēng)險。雖然Crispr Therapeutics和EDITAS等用基因編輯工具開發(fā)臨床產(chǎn)品時,F(xiàn)DA要求只要證明在已知的原癌基因(oncogene)上沒有產(chǎn)生脫靶編輯即可,但全基因組上千個隨機(jī)的脫靶編輯任然有較大的安全隱患。 而ZFN、TALEN等編輯工具由于同樣有核酸酶活性,編輯過程中會導(dǎo)致DNA雙鏈斷裂,所以和CRISPR-cas9基因編輯一樣會產(chǎn)生較多的脫靶編輯。比如2021年10月, Allogene在其UCART產(chǎn)品臨床試驗的過程中,一名注入其 CAR-T 細(xì)胞療法的血癌患者的活檢顯示,CAR-T 細(xì)胞具有無法解釋的染色體變化。該公司指出,該異常是在一條染色體上發(fā)現(xiàn)的,該染色體也是該公司使用的基于 TALEN 的基因編輯技術(shù)的目標(biāo)。目前尚不清楚這種變化是否源于基因編輯過程,以及它的臨床影響可能是什么。Allogene是從Cellectis獲得的Talen基因編輯的授權(quán),因此,受到這個消息的影響,兩家公司的股價都大幅下跌。Talen是和Crispr-CAS9一樣具有核酸酶活性的基因編輯工具,會產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂。 堿基編輯采用的nCAS9,核酸酶活性已經(jīng)去除,堿基編輯是通過其脫氨酶實現(xiàn)堿基的變換,在編輯過程中不會產(chǎn)生雙鏈斷裂,因此對基因組更加安全。堿基編輯雖然沒有核酸酶活性,上面的脫氨酶活性卻很高,在到達(dá)編輯目標(biāo)之前,與DNA的接觸都會產(chǎn)生脫靶編輯。在全基因組上會產(chǎn)生數(shù)百個脫靶編輯,但比Crispr-CAS9等具有核酸酶活性的基因編輯工具的脫靶已經(jīng)少了很多, 所以Beam Therapeutics采用David Liu的堿基編輯工具開發(fā)臨床產(chǎn)品,第一個產(chǎn)品是治療sickle cell disease,于2021年11月順利在美國通過IND,進(jìn)入注冊臨床。 但較高的脫靶效應(yīng)可能會引起包括腫瘤在內(nèi)的多種非預(yù)期的副作用,依然會限制其臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用。 更好的堿基編輯系統(tǒng) 有哪些技術(shù)優(yōu)勢? 一個好的基因編輯系統(tǒng),需要具有三個特征:高編輯效率,低脫靶率,越小越好(便于遞送)。 雖然偏離目標(biāo)的 DNA 堿基編輯可通過合理設(shè)計的點突變或者增加一些模塊來修正,但這種補(bǔ)救策略費(fèi)時費(fèi)力,而后者會極大的增加遞送的難度,有效性值得商榷。并且因為這些僅僅是在現(xiàn)有堿基編輯系統(tǒng)上做的微調(diào),無法規(guī)避哈佛大學(xué)David Liu 等人的現(xiàn)有堿基編輯專利以及張峰、Jenifer Doudna等人的基因編輯專利。 這將極大的制約我國在基因編輯領(lǐng)域的應(yīng)用,成為了生命科學(xué)領(lǐng)域的一項核心被卡脖子技術(shù)。 貝斯生物近期獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)的堿基編輯專利技術(shù),采用蛋白工程的方式,重新構(gòu)建了一個新的人工蛋白,在與sgRNA結(jié)合后,這個人工蛋白具備Cas9蛋白的識別并結(jié)合DNA序列的能力,同時具備脫氨酶活性,可以實現(xiàn)高效編輯。 與哈佛大學(xué)David Liu的現(xiàn)有堿基編輯器相比,這項專利技術(shù)的優(yōu)勢包括: 1. 脫靶率降低到了接近為0; 2. 保持了高編輯效率; 3. 可以高效地編輯基因組上的GC 富集和甲基化富集區(qū)域; 4. 編輯器的尺寸沒有增加甚至略小。 并且,由于這是一個新的人工蛋白,不同于現(xiàn)有的自然界存在的Cas蛋白和脫氨酶蛋白, 可以自由實施(Freedom To Operate,F(xiàn)TO),獨(dú)立于哈佛大學(xué)David Liu 等人的現(xiàn)有堿基編輯專利以及張峰、Jenifer Doudna等人的基因編輯專利。而David Liu的堿基編輯專利還無法規(guī)避張峰、Jenifer 等的Cas9和Cas12a的專利。 堿基編輯可以達(dá)到精準(zhǔn)編輯一個單堿基的精度,實現(xiàn)在目標(biāo) DNA 序列上創(chuàng)建精確、可預(yù)測和有效的堿基化學(xué)反應(yīng)。通過修改基因組中的單個堿基,堿基編輯器啟用了一個多樣化的工具包,可以糾正致病點突變、敲除基因、激活基因表達(dá)、沉默基因表達(dá)或一個細(xì)胞內(nèi)實現(xiàn)“多重”同時編輯,因此在大都數(shù)應(yīng)用場景都是Crispr-Cas9基因編輯技術(shù)的更優(yōu)秀的替代方案。 貝斯生物獲得授權(quán)的堿基編輯專利技術(shù)具有極高的編輯效率和極低的脫靶效應(yīng),以及較小的尺寸,可以廣泛應(yīng)用于腫瘤免疫、遺傳病治療、醫(yī)藥研發(fā)、合成生物、工業(yè)及農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)等。 作為國際上屈指可數(shù)的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)堿基編輯技術(shù)的生物技術(shù)公司,貝斯生物選擇聚焦的應(yīng)用場景是獨(dú)特的腫瘤免疫治療及遺傳疾病治療,而在其他醫(yī)藥領(lǐng)域,以及合成生物,農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)等領(lǐng)域則開放合作或技術(shù)授權(quán)。 |
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