近期，云舟生物首席科学家蓝田博士带领的研究团队发表了一篇题为“Prevalence of errors in lab-made plasmids across the globe”的研究报告。研究发现，近50%的实验室自制质粒存在明显的设计缺陷及序列错误。这一发现引起了科学界的广泛关注，近日，《Nature》刊登专题文章，对云舟生物的这项研究进行了深入报道。

文章原文：https://www.nature.com/articles/d41586-024-02280-1

实验室自制质粒的隐忧

质粒是现代生物学实验中不可或缺的重要工具，其质量直接关系到研究的准确性和可靠性。然而，云舟生物的分析显示，目前实验室自制的质粒存在不容忽视的广泛性的质量问题，这给全球生命科学研究带来不少隐忧。

由蓝田博士带领的团队，对全球多个地区的科研和工业实验室提交给云舟生物的2500多个质粒进行了深入分析，结果显示，近50%的实验室自制质粒存在明显的设计缺陷和序列错误。这些缺陷和错误不仅会浪费科研人员宝贵的时间和资源，而且增加了科研实验验证可重复性的难度。

该研究报告已经发表于bioRxiv，报告原文：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.17.596931v1

该研究发表后引起了学术界的广泛关注，俄勒冈健康与科学大学的遗传学家Hiroyuki Nakai表示，这项研究揭示了很多科研人员对自制质粒的质量控制缺乏了解，尽管他此前已经意识到实验室自制的质粒存在质量问题，但如此之高的错误率仍让他感到惊讶。他补充到，可能有许多已经发表的科研论文是因为质粒的错误而导致实验结果无法重现。

▲俄勒冈健康与科学大学遗传学家Hiroyuki Nakai

蓝田博士多年来一直在关注质粒的质量问题，当他还在芝加哥大学担任教授时，就已经遭遇质粒错误给项目带来的困难——他的实验室里有一名研究生耗费了六个月的时间试图重现一篇论文中的两种质粒。“当时我们没有想到是质粒质量的问题，但实验就是无法成功，因为这些质粒自身的错误和缺陷当时未被检测出来”。

在创办云舟生物之后，蓝田博士依然一直遇到这样的问题，因此他决定带领团队进行系统、深入的研究和分析。蓝田博士表示，“当客户提交给我们带有错误的质粒时，不仅会浪费大量的检测时间，而且进行质量控制所需的额外步骤也会增加生产质粒并将其包装成病毒的成本”。

▲云舟生物首席科学家蓝田博士

云舟生物团队经分析发现，在其评估的2500多个质粒中存在大量错误。一些质粒含有编码对大肠杆菌有毒的蛋白质基因，这意味着它们会减缓或抑制研究人员用来复制质粒的大肠杆菌的生长。另一些质粒还编码了对病毒包装不利的蛋白质基因。还有一些质粒含有重复的DNA序列，这些序列通常会在质粒内积累突变。

为学术界及医学界敲响警钟

云舟生物团队还发现，最普遍的一种载体错误与基因治疗常用的AAV病毒载体有关。在基因治疗中，基因药物通常以AAV病毒载体的方式递送，这种病毒经过改造对人体无致病性，但是可以高效将基因药物递送到细胞中。在制备AAV的包装质粒时，研究人员将治疗性基因放在被称为ITR的序列之间，这些序列确保治疗性基因成功被包装到病毒当中并且能够稳定地进行基因递送。从本质上讲，这些序列会向细胞发送一个生物信号，表明“我属于这个基因递送载体”。但研究团队发现，研究中约40%的AAV质粒在ITR区域存在突变，这些突变可能会破坏这一重要信息。如果研究人员使用这些错误的质粒，他们的基因治疗方案可能不会起作用，而且科学家们可能需要很长时间才能找出原因。

斯坦福大学医学院的儿科和遗传学专家Mark Kay也亲历因质粒错误导致实验室项目延迟的情况，但他对科学家们发现并修复这些错误的能力充满信心。他说，潜在的ITR序列错误是为人所熟知的问题，而且在FDA的严格监管下，这些错误不太可能被保留至临床实验阶段。

▲斯坦福大学医学院儿科及遗传学专家Mark Kay

俄勒冈健康与科学大学的遗传学家Hiroyuki Nakai表示，通过测序来检查质粒中的错误可以提醒研究人员需要注意研究中的这类问题，但测序也需要一定的成本——每个质粒每次测序将花费约15美元。他还建议从事该类实验的初级实验员投入更多时间向经验丰富的研究人员学习。他提醒到，这种实验是一个繁琐的手工操作的过程，如果你在其中一步犯了错，大量的时间和金钱都将会被浪费。

蓝田博士希望这一研究成果能引起对研究人员对质粒质量问题的关注，他说，“人们通常不会质疑这些工具的质量，但他们应该这么做”。关于如何应对这一问题，在研究报告中，蓝田博士及其团队也提出了切实可行的建议，包括建立标准化设计原则，采用最佳的实验方案，建立专业知识共享机制等。

云舟生物的这项研究不仅揭露了全球范围内实验室自制质粒的存在广泛且严重的质量问题，并呼吁业界提高对质粒可靠性的关注，随着《Nature》的报道，希望这一问题能够得到更广泛的关注。相信通过业界的共同努力，这些问题最终将得到有效解决。