自从分子剪刀神器CRISPR-Cas9问世以来，它在短短几年内就成为了一个著名的江湖，成为现有基因编辑和修改技术中最高效、最具成本效益的系统。然而，英雄们也别无选择，只能面对重要的细胞器，包裹在线粒体中，CRISPR-但是Cas9似乎无从下手。
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线粒体存在于除红细胞外的所有细胞中，为细胞提供能量ATP。与细胞中的其他结构不同，线粒体有自己的遗传物质MTDNA，只从母亲那里遗传。线粒体的其他遗传物质位于细胞核中，因此儿童可以从父母双方遗传到异常。因此，线粒体疾病是人类唯一一种由两个基因组参与的疾病。
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近日，Cell杂志发表的综述再次将线粒体疾病引入公众视野。线粒体疾病是由核或线粒体基因组编码的基因中广泛突变引起的临床异质性疾病。目前，线粒体疾病的治疗仍侧重于对症管理，而不是改善特定突变引起的生化缺陷。原因是MTDNA的遗传特性非常复杂，每个细胞都有多个MTDNA的副本。MTDNA的突变可以是同质的(基本上所有的MTDNA都会受到影响)或异质的(突变和野生MTDNA混合)。MTDNA的突变在功能上是看不见的，所以即使有突变的MTDNA，当水平达到临界阈值时，也可以观察到生化表型。
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正是由于线粒体的特殊性，建立线粒体疾病的动物模型极其困难。线粒体基因组MTDNA中的基因数量很少，但突变往往是致命的。因此，科学家们长期以来一直希望克服这些困难。
曙光来自2018年Nature发表的一份研究报告，来自华盛顿大学Joseph Mougous团队发现了一种细菌毒素(DddA)——能使细胞嘧啶(C)转化为尿嘧啶(U)，然后复制成胸腺嘧啶(T)，从C到T编辑线粒体DNA。随后，哈佛大学Broad研究所和MITDavid R. 基于DDDA的灵感，Liu团队创建了一种新型的精确碱基编辑器DDCBE，从而绕过CRISPR实现线粒体基因编辑。
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然而，C-T的转换只能纠正90个已被证实的致病线粒体点突变中的9个，而39个与A-G相关的突变占多数仍然无能为力。短短几年后，首尔大学的基因研究团队在Cell上发表了重大研究成果：一个新的基因编辑平台——转录激活因子样效应物连接的脱氨酶(TALED)，腺嘌呤脱氨酶Tada8e仍然依赖DDDDA和腺嘌呤脱氨酶Tada8e，这些脱氨酶仍然来自大肠杆菌Tada蛋白，可以诱导人类线粒体中的靶向A-G编辑，并使用DDDATox，使Tada8e更容易接近DNA发挥作用。
TALED在人体细胞中非常有效，可以在线粒体基因中的17个靶点催化A到G的转换，TALED没有细胞毒性，也很少有脱靶效应，因此不会导致线粒体基因组的不稳定。
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研究人员目前的目标是通过提高编辑效率和特异性来进一步改进TALED，最终纠正胚胎、胎儿、新生儿或成年患者引起的线粒体基因组MTDNA突变。此外，该小组还专注于开发适合叶绿体DNA中A-G碱基编辑的TALED，以编码植物光合作用中的必要基因。
无论是DDCBE还是TALED， 两者都可以降低携带线粒体基因MTDNA突变的比例，而不会减少副本的数量。虽然初步研究发现脱靶DNA几乎没有变化，但仍需要对不同的细胞类型进行更多的研究，临床使用还有很长的路要走。正如《Nature》杂志对DDCBE的评价所说，研究结果是线粒体基因MTDNA疾病基因治疗的重要进展，使我们能够更好地了解MTDNA突变与疾病和细胞功能障碍的相关性。
