文献解读 - 基因编辑 - 第十二期|《CRISPR-detector：快速、准确地检测、可视化和注释基因组编辑事件引起的全基因组范围突变》

关键词：基因组变异检测；全基因组测序；基因编辑；

文献简介

• 标题（英文）：CRISPR-detector: fast and accurate detection, visualization, and annotation of genome-wide mutations induced by genome editing events

• 标题（中文）：CRISPR-detector：快速、准确地检测、可视化和注释基因组编辑事件引起的全基因组范围突变

• 发表期刊：《Journal of Genetics and Genomics》

• 作者单位：中国科学院大学生命科学学院、Sentieon 公司等

• 发表年份：2023

• 文章地址：https://doi.org/10.1016/j.jgg.2023.03.010
  

图 1 文献介绍

生物信息学工具可以用于跟踪基因编辑技术中靶和脱靶事件。现有工具在速度、可拓展性上存在限制，尤其是在 WGS 数据分析方面。因此，研究者开发了一种名为 CRISPR-detector 的综合性工具。该工具是一套基于 Web 且可本地部署的基因编辑序列分析流程。核心分析模块基于 Sentieon 软件的 TNscope 模块并设计了额外的注释和可视化模块。CRISPR-detector 提供优化的可拓展性，另外由于基于单倍型变异调用，因此准确性更高。此外，该工具还提供结构变异调用、突变的功能和临床注释。

测序流程

图 2 CRISPR-detector 的流程图和模块描述

目前已有工具存在以下问题：首先，大多数工具旨在分析单个或仅几个扩增子，这限制了它们的速度和可扩展性。随着需要全面覆盖所有潜在的脱靶位点，大型面板甚至全基因组测序（WGS）分析变得越来越必要。其次，这些现有工具不支持配对治疗/对照测序数据的共同分析。因此，先前存在的单核苷酸多态性（SNP）和插入缺失可能被错误地解释为 CRISPR / Cas 诱导的突变，导致编辑事件的定量不正确。第三，结构变异（SV），包括缺失、重复、拷贝数变异、插入、倒置和易位，通常被当前的分析工具忽略。SV 被定义为大小约为 1 kb–3 Mb 的 DNA 区域内的改变（尽管结构变异的操作范围已扩大到包括事件>50 bp），应在综合分析中加以考虑。第四，大多数现有的管线不能预测编辑诱导突变引起的功能或临床后果。

图 3 CRISPR-detector 和 CRISPResso2 在 1-50bp 插入及 1-72bp 缺失 Benchmark 上的表现对比

A 图：CRISP-detector 和 CRISPResso2 均正确报告 1-50 bp 插入，而 CRISPResso2 报告的值高于预期。B 图：CRISPR-detector 未能报告大于 72 bp 的插入，而 CRISPResso2 未能报告大于 53 bp 的插入。这些波动可能是由相对于读取末端的删除位置的随机性引起的。如果删除位置靠近读数末端，则读数将无法正确映射。

图 4 Sentieon 的作用

Sentieon 软件团队拥有丰富的软件开发及算法优化工程经验，致力于解决生物数据分析中的速度与准确度瓶颈，为来自于分子诊断、药物研发、临床医疗、人群队列、动植物等多个领域的合作伙伴提供高效精准的软件解决方案，共同推动基因技术的发展。 截至 2023 年 3 月份，Sentieon 已经在全球范围内为 1300+用户提供服务，被世界一级影响因子刊物如 NEJM、Cell、Nature 等广泛引用，引用次数超过 700 篇。此外，Sentieon 连续数年摘得了 Precision FDA、Dream Challenges 等多个权威评比的桂冠，在业内获得广泛认可。

文献讨论

图 5 文献讨论

由于全基因组测序(WGS)深度的限制,低频脱靶突变(通常<0.1%)难以与自然 SNP 和 indel 区分。未来计划整合机器学习模型到分析流程中以克服此限制。此外,正在开发基于云的 CRISPR 检测器 WGS 分析管道,用户上传测序数据到在线服务器后,可在数小时内获得分析结果。总之,CRISPR 检测器有望显著促进基因编辑数据,尤其是 WGS 数据的分析,这对现有工具可能有挑战，这将加速基因组编辑在生物技术和医学中的应用。

总结

综上所述，研究者提出了一个全面的平台，CRISPR-detector，以解决现有基因组编辑分析工具的局限性。CRISPR-detector 提供了几项关键创新，包括通过允许 WGS 数据分析来提高可扩展性，以及通过基于单倍型的变体调用来处理测序错误来提高准确性。此外，管道可以比较处理过的和对照配对的样品，以去除其他工具经常忽略的背景变体。此外，CRISPR-detector 提供集成的 SV 检测，并支持基因组编辑诱导突变的临床和功能注释。在模拟和真实数据集上的测试实验表明，CRISPR-detector 在灵敏度和准确性方面都优于当前的行业标准工具 CRISPResso2。