尽管CRISPR/Cas9系统在核基因组编辑中得到了广泛的应用，但是用它来编辑线粒体基因组，却一直都存在问题。主要的障碍在于：在小的线粒体DNA中缺乏合适的编辑位点，传统上也很难将引导RNA导入线粒体基质中——在线粒体基质中可以获得类核体。
最近发表的两项研究成果，在这两方面都取得了重大进展。第一篇论文发表在《SCIENCECHINALifeSciences》杂志上，利用CRISPR技术在几个mtDNA微同源区诱导插入/缺失（InDel）事件。这些InDel事件是由双链断裂（DSB）损伤引起的。研究人员发现，通过sgRNA复合和一种名为iniparib的DSB修复抑制剂，InDel突变得到了显著的改善，这表明了一种操纵mtDNA的重组DSB修复机制。在发表于《TrendsinMolecularMedicine》杂志上的第二篇论文中，研究人员对不同形式的核和线粒体基因组编辑的最新进展，做了全面的综述。
为了更深入地了解这些新进展，媒体联系了PayamGammage，他是线粒体编辑方面的专家，在完善基于锌指核酸酶（ZFNs）的稍微不同的编辑技术方面，有着良好的记录。这些核酸酶能够针对双链线粒体在精确的碱基对位置进行切割，因此可以消除具有缺陷核仁的异质线粒体。最近，Payam发现，在癌症中发现的30个突变最多的基因中，有25个是在mtDNA中发现的。这些突变发生在大约60%的肿瘤的特定位点上，至少在结直肠癌中，相比较wtDNA而言实际上使患者延长了约9年的寿命。超过70%的结直肠癌至少有一个mtDNA，其异质性水平高于5%。
虽然核酸酶可以通过选择合适的线粒体来编辑有害的突变，但可以编辑新变体的技术，可以说还有待于完善。尽管上述论文中描述的CRISPR编辑方法听起来很有前景，但Payam提出了三个主要问题，这些问题使得CRISPR的某些功能丧失殆尽。
第一点是，《ScienceChinaLifeSciences》的论文并没有完全解决靶向sgRNA到线粒体的问题。第二，哺乳动物有丝分裂细胞中有一种非常低水平的双链断裂解除。Cas9蛋白在没有gRNA的情况下高水平表达，可导致非特异性的双链诱导。第三，研究人员使用的DSB修复抑制剂，实际上可能不会起到传统认为的作用。换句话说，虽然它曾经被认为能抑制PARP（Poly（ADP-ribose）聚合酶），但后来被证明是在不同的途径上起作用。此外，PARP甚至不局限于线粒体。
哈佛大学和麻省理工学院Broad研究所的DavidLiu（刘如谦）教授，最近发现了一种有趣的新方法，即不需要CRISPR技术还能进行精确、无损的线粒体编辑。他经常被称为CRISPR的真正发明者，但诺贝尔委员会的上级认为他不符合这个法案。Liu的方法依赖于一种细菌毒素DddA，它能催化双链DNA中胞嘧啶的脱氨作用。通过加入尿嘧啶糖基化酶抑制剂和TALEN样蛋白，Liu创建了无RNA的DddA衍生的胞嘧啶碱基编辑器（DdCBEs），该编辑器可以催化人类mtDNA中的C?G-to-T?A转化，具有很高的靶向特异性和产物纯度。
为了进一步探索DdCBEs的潜力，Liu的团队成功地编辑了5个线粒体基因：MT-ND1、MT-ND2、MT-ND4、MT-ND5和MT-ATP8。任何一个想要掌握这项技术的科学家，都可以获得Liu上传到Addgene的质粒。例如，在一个叫做ND4-DdCBE-right-side-TALE的位点上有一个ND4结构，它有一个pCMV主干，在哺乳动物细胞中表达。虽然完整的线粒体特定碱基对编辑远远优于简单地切割线粒体DNA，但该方法的全部通用性仍有待于观察。只有当错误位于编辑器可以执行的特定转换范围内时，才能对突变体进行更正。
利用这种技术确实会引起一个问题，即：是否能创造出新的、有益形式的线粒体异质性。例如，有可能引入或产生更好地适应高海拔氧水平或增强产热的体细胞异质线粒体。在任何情况下，这些操作都不太可能遗传；否则，它们就无法找到进入生殖细胞的途径。抛开三亲胚胎冠军不谈，人工引入或以其他方式修改卵子内的线粒体，将是任何人临床上最不应该开始胡闹的地方（也是最危险的）。
最近发现的一种奇特的脊椎动物Tuatara，尽管序列差异约为10%，但它仍维持着两个独立的线粒体谱系。这在动物界是前所未闻的，除了一些双壳类软体动物，已知它们具有不同的雄性和雌性线粒体的双亲遗传。据报道，Tuataran线粒体DNA的控制区和复制起源存在重大差异。研究人员认为，拥有两个不同的mt基因组可能会给一种异常耐寒的爬行动物带来适应优势。
在人类中，许多神经系统疾病和罕见疾病都需要线粒体编辑。例如，孤独症与GA转移RNA（Lys）突变有关。最近的其他研究，也证实了线粒体缺陷与ND6基因错义突变（ND6P25L）有关，这种突变导致小鼠出现明显的孤独症内表型。ND6是NADH脱氢酶的一个亚单位，构成呼吸复合体I的一部分。尽管孤独症在试图从核GWAS研究中确定致病基因方面存在着不一致之处，但动物模型中的线粒体编辑可能是一种更直接的方法，可以更好地确定并最终治愈孤独症，这些疾病中有许多具有重要的潜在线粒体成分。
Moreinformation:
BangWangetal.CRISPR/Cas9-mediatedmutagenesisatmicrohomologousregionsofhumanmitochondrialgenome,ScienceChinaLifeSciences().DOI:10./s---8
JiamengDanetal.ExpandingtheToolboxandTargetsforGeneEditing,TrendsinMolecularMedicine().DOI:10./j.molmed.2.12.
CRISPReditingofmitochondria:Promisingnewbiotech?(,February5)retrieved13Februaryfrom
