实验室工程质粒是现代生物学的主力，但也存在问题。研究人员对环状 DNA 结构进行了系统评估，方法是分析实验室制造的 2,500 多个质粒，这些质粒被发送给一家提供服务的公司，这些服务包括将结构包装在病毒内，以便将其用作基因疗法。研究小组发现，近一半的质粒存在设计错误，包括对治疗基因表达至关重要的序列错误。研究人员上个月在预印本服务器 bioRxiv 上发表了他们的结果 1。

俄勒冈州健康与科学大学的遗传学家 Hiroyuki Nakai 没有参与这项工作，他说，这项研究暴露了在实验室中对质粒进行适当质量控制的“知识匮乏”。他已经注意到实验室制造的质粒存在问题，但对研究发现的错误频率感到惊讶。他补充说，可能有许多已发表的科学论文由于质粒设计的错误而导致结果无法重现。

浪费时间

质粒是生物实验室中流行的工具，就像细菌一样，包括广泛使用的模型生物大肠杆菌，它使用结构来存储和交换基因。这意味着生物学家可以创建包含各种感兴趣基因的设计质粒，然后大肠杆菌说服他们把这些记录下来并复印很多份。

位于伊利诺伊州芝加哥市的一家提供基因传递工具的公司 VectorBuilder 的首席科学家布鲁斯·兰 (Bruce Lahn) 表示，他和其他生物学家多年来一直注意到质粒质量问题。当拉恩担任芝加哥大学教授时，他实验室的一名研究生花了六个月的时间复制了科学文献中报道过的两种质粒。 “我们没有考虑质粒的质量，但实验没有成功”，因为质粒含有错误，他说。

现在在 VectorBuilder，Lahn 说他一直看到这个问题 - 所以他决定系统地评估它。他说，当客户提交有缺陷的质粒时，“他们会浪费大量时间”，而质量控制中的额外步骤会增加生产质粒并将其包装成病毒的成本。

VectorBuilder 团队的分析揭示了所评估的 2,500 多个质粒中存在大量错误。有些含有编码蛋白质的基因，负责大肠杆菌有毒，这意味着它们可以减缓或阻止生物学家赖以复制质粒的生物体的生长。其他的旨在包装成病毒，编码对这些病毒有毒的蛋白质。有些含有重复的 DNA 序列，可以在质粒中积累突变。

检查错误

拉恩和他的同事发现的最常见错误与关键的基因治疗工具有关。疗法通常包装在腺相关病毒（AAV）中，这些病毒大多无害，并且可以向细胞提供治疗。在为这些 AAV 创建质粒时，研究人员将治疗基因夹在称为 ITR 的序列之间，ITR 在确保基因包装到病毒中进行传递方面发挥着关键作用。这些序列本质上向细胞发送生物信号，告诉细胞“我属于这种病毒”。然而，研究小组发现，研究中约 40% 的 AAV 质粒在 ITR 区域发生突变，可能会扭曲这一重要信息。如果研究人员使用这些设计错误的质粒，他们的基因疗法可能不起作用——科学家可能需要很长时间才能找出原因。

加州斯坦福大学医学院的儿科和遗传学专家马克·凯也亲眼目睹了质粒错误可能会延误实验室项目。然而，他相信科学家能够识别并纠正这些错误。他说，基因治疗研究人员意识到可能存在的 ITR 问题，并且在临床环境中不太可能出现错误。这是因为美国食品和药物管理局等监管机构制定了严格的标准，要求研究人员在将质粒用于临床之前仔细分析它们。

中井说，通过测序检查质粒是否有错误可以提醒研究人员注意研究中强调的问题。一些公司，包括俄勒冈州尤金市的 Plasmidsaurus 和加利福尼亚州海沃德市的 Elim Biopharmaceuticals，提供每个样本约 15 美元的质粒测序服务，Nakai 说，他在这两家公司都没有经济利益。他还建议新的实验室成员花时间向经验丰富的质粒设计师学习；他说，这是一个费力的手工过程，但如果犯了错误，可能会浪费大量的时间和金钱。

马萨诸塞州沃特敦非营利组织 Addgene 的首席科学官 Melina Fan 表示，实验室避免问题的另一种方法是在开放获取存储库中公开其质粒序列。 Fan 说，Addgene 提供了这样一个存储库，它“对存放的质粒进行测序，并通过网站共享序列数据以供社区使用。”她补充说，检查质粒很重要。

拉恩希望他的团队的分析能够引起研究人员的注意，这些主力实验室工具通常被认为是理所当然的。 “人们没有考虑该工具的健康状况，”他说，尽管他们应该考虑。