北大、清华团队同日登 Nature：卡住基因编辑的两大难题，终于有解了！

基因编辑一路狂奔，迅速发展，最早可以追溯到 20 世纪 80 年代，基于同源重组的基因打靶技术在酵母和小鼠中率先实现；1996 年，第一代基因编辑工具锌指核酸酶（ZFN）诞生，紧接着在 2011 年，转录激活因子样效应物核酸酶（TALEN）以其更灵活的模块化设计成为第二代编辑工具。

2012 年，也是基因编辑领域发生重大改变的一年，Jennifer Doudna 与 Emmanuelle Charpentier 在 Science 杂志发表了里程碑论文，创新性地将细菌 CRISPR 免疫系统简化为 Cas9 蛋白与 sgRNA 的二元组合，开创了第三代基因编辑技术 ——「CRISPR 基因编辑」技术从此大放异彩，两人也因此荣获 2020 年的诺贝尔化学奖。

2023 年，全球首款 CRISPR 基因编辑疗法 Casgevy 获批上市，这也标志着基因编辑从基础科学发现到临床应用的转变。然而，越往临床走，科学家们的关注点就越集中到「副作用」和「可控性」上。例如，如何尽量避免脱靶效应、如何实现安全精准递送、如何评估其长期安全性等。

就在昨日，来自清华大学和北京大学的两个研究团队分别在 Nature 杂志发表了关于基因编辑的重要研究成果，从不同角度对基因编辑的精准性和高效性进行了优化升级。

第一块拼图：把「剪错」这件事尽量压下去

清华大学伊成器团队与华东师范大学李大力团队合作，发表了题为 Precise DNA base editing using AlphaFold3-based contact modelling 的研究论文，他们经过系统的实验，将视角聚焦在 AlphaFold3（AF3）被忽视的输出参数 —— 接触概率（Contact Probability, CP），发现接触概率比预测的三维结构更敏感，能够检测靶向与脱靶复合物之间的差异化相互作用，并以此来提升基因组编辑器的特异性和精准性。

文章首页截图

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10794-z

最开始，研究团队以 Cas9-TadA 腺嘌呤碱基编辑器为范例，构建了其全基因组脱靶图谱，随后将脱靶 DNA 序列输入 AF3。在 AF3 的多种输出中，他们发现，相较于 AF3 预测的三维结构，CP 对仅由 DNA 序列变化引起的蛋白-DNA-RNA 三元复合物构象差异敏感得多：在检测脱靶复合物时，CP 的灵敏度高达 98.6%，远超结构变化的 64.7%。

也正是基于上述结果，他们成功开发了一个基于人工智能的框架 ——ContactSeek，其通过对比靶向与脱靶复合物的 CP 差异，同时结合测序获得的脱靶信号，成功识别出残基协同变化的「一致性接触区域（CCRs）」，然后再利用随机森林模型将 CCRs 的 CP 变化与测序获得的脱靶强度关联，最终精准锁定导致脱靶的关键氨基酸残基。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10794-z

上述提出的模型到底好不好用？在后续的实验验证中，研究团队利用 ContactSeek 对腺嘌呤碱基编辑器（ABE）进行了模块化优化，并从中筛选出携带 Cas9(K1020D) 和 TadA8e(F156D) 双突变的最佳变体 ——ABE8e-DD。实验的数据同样非常令人欣喜，该变体在保持 90% 以上靶向编辑活性的同时，还可将全基因组 DNA 脱靶信号降低约 99%，并将 RNA 脱靶编辑降至背景水平，其综合特异性全面优于已报道的高保真变体！

此外，更加关键的一点还在于，这一人工智能框架还可成功迁移至 Cas12a 系统，获得的 Cas12a(R284E)-A3A(H29D) 变体，同样在保持靶向活性的前提下大幅降低了 DNA 和 RNA 脱靶效应。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10794-z

整体来看，这是基因编辑领域在 AI 辅助特异性优化方向上的里程碑式工作，不仅证明了多模态数据（结构预测+功能测序）融合的强大潜力，也为其他 DNA/RNA 编辑工具的精准化改造提供了全新的通用范式，更加有意义的是，它还为基因编辑疗法走向临床所面临的安全性与可控性瓶颈提供了高效、通用的解决方案。

第二块拼图：把「大插入」做得更准，也更安全

另一项研究则来自北京大学的王海峰团队：Efficient and precise programmable DNA knock-in without double-strand breaks，报道了他们最新开发的 CRISPR 千碱基级切口酶靶向（Kilobase scale nickase-targeting，KNIT）编辑技术，即通过巧妙利用 Cas9 切口酶与 DNA 供体招募系统偶联，实现了无需 DNA 双链断裂的高效、精确且可编程的千碱基级 DNA 插入。

文章首页截图

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10819-7

经过系统性筛选，研究人员发现将 nCas9 与单体链霉亲和素（mSA）融合，再利用生物素-链霉亲和素相互作用锚定供体 DNA，是实现高效敲入的最有效策略，在进一步引入 SunTag 多拷贝招募系统后，就可将效率提升至约 81.6%，同时该系统支持 0.7 kb 至超过 10 kb 的大片段插入，并且在多种细胞系和基因位点中均表现稳定。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10819-7

接下来的问题是，KNIT 在精准度和安全性方面表现如何呢？经过比较，他们发现 KNIT 与 Cas9 相比展现出压倒性优势：KNIT 插入缺失（indel）率仅为 0.46%，比 Cas9 低了将近 215 倍。此外，在对编辑产物进行分析后发现，KNIT 将目标片段精准插入与 indel 的比值提高 24.2 倍，非预期插入减少了 98.6 倍，染色体易位和全基因组脱靶插入均降至检测阈值以下。与此同时，由于不产生破坏 sgRNA 识别位点的 indel，KNIT 支持使用同一 sgRNA 进行重复编辑，这就会使得第二轮敲入效率进一步提升，然而 Cas9 则会因累积突变而无法实现。

既然 KNIT 在精准度和安全性方面均表现优异，那么在真实世界中的应用会呈现什么效果？在携带 LIPA894 G>A 纯合致病突变的细胞中，KNIT 可将野生型 LIPA cDNA（1,655 bp）插入 AAVS1 安全港位点或 LIPA 自身位点，恢复了野生型 mRNA 和蛋白表达，单细胞克隆敲入效率达 64.0%（Cas9 仅 11.7%）；此外，KNIT 还实现了无病毒、无 DSB 的可编程 CAR-T 细胞工程，可将抗 CD19 CAR 表达盒（约 2.4 kb）精确插入 TRAC 位点，插入效率达 32.9%（最高 40.6%），达到或超过此前 Cas9 临床研究中的成功阈值，与 Cas9–dsDNA 供体处理组相比，KNIT 编辑还明显降低了插入缺失突变，并提高了细胞活力和产量，并且经过 KNIT 编辑的 CAR-T 细胞在体外和小鼠模型中均表现出有效的抗肿瘤活性。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10819-7

所以说，KNIT 摒弃了传统依赖 DNA 双链断裂的策略，转而巧妙地利用 Cas9 切口酶产生单链切口，并通过将生物素化的 DNA 供体「招募」至切口位点来大幅提升同源定向修复效率，实现了无双链断裂、位点特异性的千碱基级 DNA 插入，这也为推进精准医疗提供了一个重要平台。

对一个已经从实验室冲到治疗前线的技术来说，这种进展最珍贵的地方，不是又出现了多少新术语，而是我们终于更接近一种真正可控的基因编辑。离大规模临床应用当然还有距离，但最难的两块拼图，确实开始被补上了。

参考文献

1. Meng, H. et al. Precise DNA base editing using AlphaFold3-based contact modelling. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10794-z.

2. Gao, Y. et al. Efficient and precise programmable DNA knock-in without double-strand breaks. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10819-7.