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中国生物工程杂志

CHINA BIOTECHNOLOGY
中国生物工程杂志  2018, Vol. 38 Issue (12): 113-122    DOI: 10.13523/j.cb.20181214
技术情报     
基因编辑技术发展态势分析与建议*
许丽,王玥,姚驰远,徐萍()
中国科学院上海生命科学研究院 上海 200031
Trends and Development Bottleneck Analysis of Gene Editing Technology
XU Li,WANG Yue,YAO Chi-yuan,XU Ping()
Shanghai Information Center of Life Sciences,Shanghai Information Center for Life Sciences,CAS,Shanghai 200031,China
 全文: PDF(940 KB)   HTML
摘要:

基因编辑技术掀起了全球研发热潮,尤其是CRISPR技术成为最有发展前景的基因组编辑技术,迅速实现了在畜禽育种、生物医药研发等领域的应用,相关临床试验已经开展,其发展带动了生物产业发展的新方向,孕育了巨大的社会经济价值,目前产业格局已初步形成。我国对基因编辑一直高度重视,在科研上也紧跟国际发展步伐,取得了一系列突破性成果。同时,在大动物模型构建、疾病治疗临床试验等基因编辑的应用领域,我国已经进入国际第一阵营。未来,我国仍需进一步推进技术源头创新,抢占在该领域的国际话语权;并优化政策环境,保证我国基因编辑技术下游应用的快速健康有序发展。

关键词: 基因编辑商业化应用产业格局    
Abstract:

Gene editing technology has spurred a global upsurge. In particular, CRISPR technology has become the most promising genome editing technology, and has rapidly achieved applications in livestock breeding, biomedical research and development, and related clinical trials have been carried out. Its development has driven the new direction of the development of the bio-industry, which has given birth to huge social and economic values. The current industrial structure has taken shape. China has always attached great importance to genetic editing, and has closely followed the pace of international development in scientific research and achieved a series of breakthrough results. At the same time, China has already reached the international leading level in the field of application of gene editing such as the construction of large animal models and clinical trials for disease treatment. In the future, China still needs to further promote technological innovation, seize international discourse rights in this field, and optimize the policy environment to ensure rapid and orderly development of the downstream applications of our country’s gene editing technology.

Key words: Gene editing technology    Commercial application    Industrial pattern
收稿日期: 2018-07-17 出版日期: 2019-01-10
ZTFLH:  Q78  
基金资助: * 国家重点研发计划(2017YFC0910102);* 中国科学院学部学科发展战略研究项目(2016-SM-C-01)
通讯作者: 徐萍     E-mail: xuping@sibs.ac.cn
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许丽
王玥
姚驰远
徐萍

引用本文:

许丽, 王玥, 姚驰远, 徐萍. 基因编辑技术发展态势分析与建议*[J]. 中国生物工程杂志, 2018, 38(12): 113-122.

XU Li, WANG Yue, YAO Chi-yuan, XU Ping. Trends and Development Bottleneck Analysis of Gene Editing Technology. China Biotechnology, 2018, 38(12): 113-122.

链接本文:

https://manu60.magtech.com.cn/biotech/CN/10.13523/j.cb.20181214        https://manu60.magtech.com.cn/biotech/CN/Y2018/V38/I12/113

国家机构/公司名称采用技术针对疾病状态
美国华盛顿国家儿童医学中心CRISPR/Cas9、iPSC1型神经纤维瘤病、中枢神经系统肿瘤已开展
宾夕法尼亚大学CRISPR、TCR、PD-1多发性骨髓瘤、黑色素瘤、滑膜肉瘤、黏液样/圆细胞脂肪肉瘤已开展
国家人类基因组研究所CRISPR/Cas9镰状细胞贫血已开展
NIH临床中心CRISPR/Cas9胃肠道上皮癌、胃肠道癌已批准,尚未招募
中国四川大学华西医院CRISPR/Cas9、PD-1转移性非小细胞肺癌已批准,尚未招募
南京鼓楼医院CRISPR/Cas9、PD-1胃癌、鼻咽癌、T细胞淋巴瘤、成人霍奇金淋巴瘤、弥散性大B细胞淋巴瘤已开展
中国人民解放军307医院CRISPR/Cas9HIV-1感染已开展
香港威尔士亲王医院CRISPR胃肠道感染已开展
杭州肿瘤医院CRISPR/Cas9、PD-1食道癌已开展
中国人民解放军总医院CRISPR/Cas9B细胞白血病、B细胞淋巴瘤已开展
中国人民解放军总医院CRISPR/Cas9、CAR-TB细胞白血病、B细胞淋巴瘤已开展
中山大学第一附属医院TALEN、CRISPR/Cas9人乳头瘤病毒相关恶性肿瘤已批准,尚未招募
北京大学第一附属医院CRISPR/Cas9、PD-1侵入性膀胱癌已批准,尚未招募
北京大学第一附属医院CRISPR、PD-1前列腺癌已批准,尚未招募
北京大学第一附属医院CRISPR/Cas9、PD-1转移性肾细胞癌已批准,尚未招募
表1  利用基因编辑技术开展的临床试验①(①数据来源:ClinicalTrials.gov;检索日期:2018年7月16日)
图1  2008-2017年基因编辑技术专利申请机构分布①
图2  基因编辑技术产业链
公司采用技术在研项目备注
美国孟山都公司CRISPR技术玉米、大豆和棉花等主要农作物以及果蔬种子获美国MIT-哈佛博德研究所CRISPR技术专利在农业领域的全球非独家许可
美国杜邦先锋公司CRISPR技术生产酸奶和奶酪的细菌;抗旱玉米、小麦等多种作物获美国加州大学伯克利分校CRISPR技术专利在主要农作物中的独家许可
美国陶氏益农公司ZFN和CRISPR技术精准基因组修饰技术平台EXZACTTM该平台已与孟山都公司达成全球非独家许可协议
法国Cellectis公司TALEN、CRISPR技术马铃薯、小麦、大豆等作物
美国Recombinetics公司TALEN、ZFN和CRISPR技术家畜
美国Cibus公司TALEN和CRISPR技术耐除草剂油菜、亚麻首个基因编辑作物抗磺酰脲除草剂油菜TM已在美国商业化种植;耐草甘膦亚麻有望在美国市场推出
表2  进入基因编辑技术育种领域的公司列举
公司名称成立时间国家创始人采用技术在研项目上市/融资情况
Editas
Medicine
2013年美国张锋,Jennifer Doudna,George Church等CRISPR-cas9LCA等罕见眼疾、肝癌、肺癌、白血病、肌肉疾病纳斯达克上市,最早IPO基因编辑公司,A轮融资4300万美元,B轮融资1.2亿美元
Intellia
Therapeutics
2014年美国Jennifer DoudnaCRISPR-cas9白血病、癌症、转甲状腺素蛋白淀粉样变性、α1-抗胰蛋白酶缺乏症和乙肝病毒、造血干细胞相关疾病2016年5月纳斯达克上市,第二家IPO基因编辑公司,2014年,A轮融资100万美元,2015年9月, B轮融资7000万美元
CRISPR
Therapeutics
2013年瑞士Emmanuelle CharpentierCRISPR-cas9囊肿性纤维化、失明、血液病及先天性心脏病纳斯达克上市,第三家IPO基因编辑公司
Caribou
Biosciences
2011年美国Jennifer Doudna等CRISPR-cas9多种疾病融资4446万美元
Sangamo
BioSciences
1995年美国Edward O. Lanphier IIZFN肝病、血友病、粘多糖累积症纳斯达克上市
Exonics
Therapeutics
2017年美国Eric OlsonCRISPR-cas9杜氏肌营养不良和其他神经肌肉疾病融资4500万美元
Homology
Medicines
2015年美国Saswati Chatterjee等腺病毒AAVCD34阳性疾病、囊性纤维化、杜氏肌营养不良症、镰状细胞贫血融资1.27亿美元
Poseida
Therapeutics
2015年美国George Church等CAR-T+CRISPR多发性骨髓瘤、前列腺癌和β-地中海贫血融资5400万美元
LogicBio
Therapeutics
2016年美国Tomer Kariv和Mark Kay腺病毒AAV儿童遗传性肝病融资4900万美元
Cellectis2000年法国Andre Choulika等TALEN癌症纳斯达克上市 欧交所上市
Agenovir2014年美国Stephen QuakeCRISPR-cas9宫颈癌 肛门癌 疣 巨细胞病毒和 Ebstein-Barr 病毒感染等融资上亿美元
eGenesis2015年美国George Church和杨璐菡CRISPR-cas9异体器官移植2017年3月获得3800万美元A轮融资,披露的总融资金额约4000万美元
Universal Cells2013年美国David Russell腺相关病毒rAAV异体器官移植
Horizon Discovery2007年英国Chris Torrance 和Alberto Bardelli腺相关病毒rAAV提供基因编辑细胞的技术服务多伦多上市
Synthego2012年美国Paul Dabrowski 和 Michael DabrowskiCRISPR-cas9基因编辑改进技术CRISPRevolution融资4980万美元
Benchling2012年美国Y Combinator孵化开发基因编辑
技术平台
生物技术平台的搜索工具融资1300万美元
表3  国际基因编辑技术主要公司概况①(①数据来源:根据公开资料整理)
地区公司名称成立时间业务/研发方向备注
北京博雅辑因2015年基因改造细胞等技术服务获中国首个CRISPR专利授权
赛贝生物2013年结合干细胞技术与基因编辑技术,及配套产品及技术服务
合生基因2014年基因编辑技术服务与科研产品
上海捷易生物2010年基因编辑技术与平台服务、模型构建服务
伯豪生物2008年基因编辑技术服务
吉凯基因2002年基因编辑技术服务及配套产品
吉满生物2011年基因编辑技术全套服务
邦耀生物2013年基于基因编辑技术针对肿瘤和遗传性疾病的细胞疗法与基因疗法的研发与转化
正茂生物2010年基因编辑技术、动物模型构建等生物医学领域的高端科研服务
宇玫博生物2015年基因编辑技术服务及配套产品
广州赛业生物2006年基因编辑模式动物等前沿技术服务美国Cyagen旗下中国子公司
深圳精准医疗2015年基于基因编辑技术的原创生物药开发平台
劲嘉股份1996年基因编辑疗法开发
重庆高圣生物2013年基因工程药物开发
南京银河生物2010年基因编辑模式动物
德泰生物2013年基因编辑技术构建细胞系
金斯瑞2002年基因编辑产品与技术服务
剪刀手2016年生物技术开发、咨询、转让服务
吉锐生物2011年基因编辑技术服务与试剂盒等产品
苏州泓迅生物2013年合成生物学、DNA技术
杭州百格生物2014年基因编辑技术在医疗健康和现代农业领域的研究、转化和应用国内首家专注于基因编辑技术
的生物技术公司
合肥柯顿生物2015年恶性肿瘤的精准细胞免疫治疗技术、细胞基因编辑与敲除
济南维真生物2012年基因组学和分子生物学试剂
表4  中国基因编辑技术主要公司概况①(①数据来源:根据公开资料整理)
[1] Jinek M,Chylinski K,Fonfara I,et al.A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity.Science,2012,337:816-821.
[2] Cong L,Ran F A,Cox D,et al.Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems.Science,2013,339(6121):819-823.
doi: 10.1126/science.1229223
[3] Komor A C,Kim Y B,Packer M S,et al.Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage.Nature,2016,7630(533):420-424.
[4] Gaudelli N M,Alexis C.Komor,Holly A.Rees,et al.Programmable base editing of A·T to G·C in genomic DNA without DNA cleavage.Nature,2017,551:464-471.
[5] Cox D B T,Gootenberg J S, Abudayyeh O O, et al.RNA editing with CRISPR-Cas13.Science,2017, 358(6366) :1019-1027.
doi: 10.1126/science.aaq0180 pmid: 29070703
[6] Li X S, Wang Y, Liu Y J, et al.Base editing with a Cpf1-cytidine deaminase fusion.Nature Biotechnology,2018,36:324-327.
[7] Wang X,Li J N,Wang Y,et al.Efficient base editing in methylated regions with a human APOBEC3A-Cas9 fusion.Nature Biotechnology,2018.08.20 (Online).
doi: 10.1038/nbt.4198
[8] Charlesworth C T,Deshpande P S,Dever D P,et al.Identification of pre-existing adaptive immunity to Cas9 proteins in humans.BioRxiv, 2018,36:946-949
[9] Haapaniemi E,Botla S,Persson J,et al.CRISPR-Cas9 genome editing induces a p53-mediated DNA damage response.Nature Medicine,2018,24:927-930.
doi: 10.1038/s41591-018-0049-z pmid: 29892067
[10] Ihry R J,Worringer K A,Salick M R,et al.p53 inhibits CRISPR-Cas9 engineering in human pluripotent stem cells.Nature Medicine,2018,24:939-946.
doi: 10.1038/s41591-018-0050-6 pmid: 29892062
[11] Adikusuma F,Piltz S,Corbett M A,et al.Large deletions induced by Cas9 cleavage.Nature,2018,560:E8-E9.
doi: 10.1038/s41586-018-0380-z
[12] Slaymaker I M,Gao L Y,Zetsche B,et al.Rationally engineered Cas9 nucleases with improved specificity.Science,2015,351(6268):84-88.
doi: 10.1126/science.aad5227 pmid: 4714946
[13] Kleinstiver B P,Pattanayak V,Prew M S,et al.High-fidelity CRISPR-Cas9 nucleases with no detectable genome-wide off-target effects.Nature,2016,529:490-495.
[14] Ran F A,Cong L,Yan W X,et al.In vivo genome editing using Staphylococcus aureus Cas9.Nature,2015,520:186-191.
[15] Liao H K,Hatanaka F,Toshikazu Araoka,et al.In vivo target gene activation via CRISPR/Cas9-mediated trans-epigenetic modulation.Cell,2017,171(7):1497-1507.
doi: 10.1016/j.cell.2017.10.025 pmid: 29224783
[16] Liu Y C,Zhan Y H,Chen Z C,et al.Directing cellular information flow via CRISPR signal conductors. Nature Methods, 2016,13:938-944.
doi: 10.1038/nmeth.3994 pmid: 27595406
[17] Zuo E W,Huo X N,Yao X,et al.CRISPR/Cas9-mediated targeted chromosome elimination. Genome Biology, 2017,18:224.
doi: 10.1186/s13059-017-1354-4 pmid: 29178945
[18] Zetsche B,Gootenberg J S,Abudayyeh O O,et al.Cpf1 is a single RNA-Guided endonuclease of a class 2 CRISPR-Cas system.Cell,2015,163(3):759-771.
doi: 10.1016/j.cell.2015.09.038 pmid: 26422227
[19] Burstein D,Harrington L B,Strutt S C,et al.New CRISPR-Cas systems from uncultivated microbes.Nature,2017,542:237-241.
doi: 10.1038/nature21059 pmid: 28005056
[20] Abudayyeh O O,Gootenberg J S,Konermann S,et al.C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector.Science,2016,353(6299):aaf5573.
doi: 10.1126/science.aaf5573 pmid: 27256883
[21] Smargon A A,Cox D B T,Pyzocha N K,et al.Cas13b is a type VI-B CRISPR-associated RNA-guided Rnase differentially regulated by accessory proteins Csx27 and Csx28.Molecular Cell,2017,65(4):618-630.
doi: 10.1016/j.molcel.2016.12.023 pmid: 5432119
[22] Hu J H,Miller S M,Geurts M H,et al.Evolved Cas9 variants with broad PAM compatibility and high DNA specificity.Nature,2018,556:57-63.
doi: 10.1038/nature26155 pmid: 29512652
[23] Konermann S,Lotfy P,Brideau N J,et al.Transcriptome engineering with RNA-Targeting type VI-D CRISPR effectors.Cell,2018,173(3):665-676.
doi: 10.1016/j.cell.2018.02.033 pmid: 29551272
[24] Zetsche B,Heidenreich M,Mohanraju P,et al.Multiplex gene editing by CRISPR-Cpf1 using a single crRNA array.Nature Biotechnology,2017,35(1):31-34.
doi: 10.1038/nbt.3737 pmid: 27918548
[25] Liu L,Li X Y,Wang J Y,et al.Two distant catalytic sites are responsible for C2c2 RNase activities.Cell,2017,168:1-2.
[26] Liu L,Li X Y,Ma J,et al.The molecular architecture for RNA-guided RNA cleavage by Cas13a.Cell,2017,170(4):714-726.
doi: 10.1016/j.cell.2017.06.050 pmid: 28757251
[27] Levasseur A,Bekliz M,Chabrière E,et al.MIMIVIRE is a defence system in mimivirus that confers resistance to virophage.Nature,2016,531:249-252.
doi: 10.1038/nature17146 pmid: 26934229
[28] Nishida K,Arazoe T,Yachie N,et al.Targeted nucleotide editing using hybrid prokaryotic and vertebrate adaptive immune systems.Science,2016,353(6305):aaf8729.
[29] Xu S,Cao S S,Zou B J,et al.An alternative novel tool for DNA editing without target sequence limitation: the structure-guided nuclease.Genome Biology,2016,17:186.
doi: 10.1186/s13059-016-1038-5 pmid: 27634179
[30] Xu W,Liu Y C,Liu Y L,et al.Artificial small RNA for sequence specific cleavage of target RNA through RNase III endonuclease Dicer.Oncotarget,2016,7(34):54549-54554.
doi: 10.18632/oncotarget.9582 pmid: 27231846
[31] Shan Q W,Wang Y P,Li J,et al.Targeted genome modification of crop plants using a CRISPR-Cas system.Nature Biotechnology,2013,31:686-688.
doi: 10.1038/nbt.2650 pmid: 23929338
[32] Bassuk A G,Zheng Z,Li Y,et al.Precision medicine: genetic repair of retinitis pigmentosa in patient-derived stem cells.Scientific Reports,2016,6:19969.
doi: 10.1038/srep19969 pmid: 4728485
[33] Nelson C E,Hakim C H,Ousterout D G,et al.In vivo genome editing improves muscle function in a mouse model of duchenne muscular dystrophy.Science,2016,351(6271):403-407.
[34] Chen Z H,Yu Y P,Zuo Z H,et al.Targeting genomic rearrangements in tumor cells through Cas9-mediated insertion of a suicide gene.Nature Biotechnology,2017,35:543-550.
doi: 10.1038/nbt.3843 pmid: 28459452
[35] Kaminski R,Chen Y L,Fischer T,et al.Elimination of HIV-1 genomes from human t-lymphoid cells by CRISPR/Cas9 gene editing.Scientific Reports,2016,6,Article number: 22555.
[36] Yang L H,Zhou X Y,Gang Wang,et al.Inactivation of porcine endogenous retrovirus in pigs using CRISPR-Cas9.Science,2017,357(6357):1303-1307.
doi: 10.1126/science.aan4187 pmid: 28798043
[37] Liang P P,Xu Y W,Zhang X Y,et al.CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes.Protein & Cell,2015,6(5):363-372.
doi: 10.1007/s13238-015-0153-5 pmid: 25894090
[38] Ma H,Marti-Gutierrez N,Sang-Wook P,et al.Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos.Nature,2017,548:413-419.
doi: 10.1038/nature23305 pmid: 28783728
[39] Niu Y Y,Shen B,Cui Y Q,et al.Generation of gene-modified cynomolgus monkey via Cas9/RNA-mediated gene targeting in one-cell embryos.Cell,2014,156(4):836-843.
doi: 10.1016/j.cell.2014.01.027
[1] 胡暄,王松,于学玲,张晓鹏. 不稳定EGFP细胞模型的构建及其在基因编辑体系评价中的应用*[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(5): 17-26.
[2] 王艳梅,寇航,马梅,申玉玉,赵宝顶,路福平,黎明. 利用CRISPR-Cas9技术失活黑曲霉中果胶酶基因及突变株性能评价*[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(5): 35-44.
[3] 冷燕,孙康泰,刘倩倩,蒲阿庆,李翔,万向元,魏珣. 全球基因编辑作物监管趋势研究[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(12): 24-29.
[4] 樊斌,陈欢,宋婉莹,陈光,王刚. 乳酸菌基因改造技术研究进展 *[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(6): 84-92.
[5] 王伟东,杜加茹,张运尚,樊剑鸣. CRISPR/Cas9在人病毒感染相关疾病治疗研究中的应用*[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(12): 18-24.
[6] 王玥,牟彦双,刘忠华. 基于CRISPR/Cas系统的单碱基编辑技术研究进展*[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(12): 58-66.
[7] 何秀娟,胡凤枝,刘秋丽,刘玉萍,祝玲,郑文云. 乳腺癌细胞QSOX1的CRISPR/Cas9基因编辑及其对增殖侵袭的影响研究*[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(11): 1-9.
[8] 王志敏,毕美玉,贺佳福,任炳旭,刘东军. CRISPR/Cas9系统的发展及其在动物基因编辑中的应用 *[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(10): 43-50.
[9] 杨春艳,王磊,穆登彩,李芳芳,沈昊,郑尚永. 基因编辑技术在疾病治疗中的研究进展 *[J]. 中国生物工程杂志, 2019, 39(11): 87-95.
[10] 徐然,陈松. CRISPR/Cas9运输系统的研究进展及其在基因相关疾病方面的应用 *[J]. 中国生物工程杂志, 2018, 38(3): 81-88.
[11] 任爽, 朱鸿亮. Taqman定量PCR技术检测基因编辑番茄中外源基因拷贝数体系的建立[J]. 中国生物工程杂志, 2017, 37(10): 72-80.
[12] 阿力玛, 高原, 苏小虎, 周欢敏. CRISPR/Cas9编辑绒山羊FGF5基因细胞株的建立[J]. 中国生物工程杂志, 2016, 36(7): 41-47.
[13] 堵晶晶, 李强, 程霄, 沈林園, 李学伟, 张顺华, 朱砺. CRISPR/Cas系统的研究进展及其在畜禽遗传改良中的应用前景[J]. 中国生物工程杂志, 2016, 36(7): 92-103.
[14] 刘瑞琪, 王玮玮, 吴勇延, 赵秋云, 王勇胜, 卿素珠. CRISPR-Cas9研究进展及在基因治疗上的应用[J]. 中国生物工程杂志, 2016, 36(10): 72-78.
[15] 朱少义, 管丽红, 林俊堂. CRISPR-Cas9系统在疾病模型中的应用[J]. 中国生物工程杂志, 2016, 36(10): 79-85.