推荐一篇发表在Nature Biotechnology上的文章，文章标题为“Efficient non-viral immune cell engineering using circular single-stranded DNA-mediated genomic integration”。本文通讯作者是来自Full Circles Therapeutics公司的Hao Wu博士和Keqiang Xie博士。本文中，作者设计并开发了一种非病毒基因组写入系统（GATALYST），实现了包括免疫细胞和多能干细胞在内的多种细胞基因组的写入。

CRISPR-Cas9系统为人类基因治疗提供了机会。当Cas9在gRNA的靶向下将目的基因序列切割后，细胞需要一个合适的修复模板来保证基因组的稳态，否则单纯依赖于内源基因修复机制则容易出现不可逆的异常基因组病变。此前的研究者通过使用慢病毒、逆转录病毒或者重组腺相关病毒，为细胞提供合理的修复模板。然而，这些策略由于编辑靶点无法有效示踪，病毒颗粒质量无法保证，对细胞活性影响较大或者受到基因长度尺寸等的限制。因此，其应用受到了很大阻碍。

为了解决这一问题，本文中，作者基于噬菌粒系统衍生的长环单链DNA（cssDNA），开发了一个靶向编辑技术平台GATALYST。首先，研究者成功培养出了一种专有的M13噬菌粒系统，实现了骨架约500 nt的微型环状cssDNA的构建，将有效荷载基因长度拓展到了9 Kb左右。通过琼脂糖凝胶电泳对其进行表征后发现，这一体系产出的cssDNA不但稳定，而且具有较高的质量。随后，他们将cssDNA与其对应的Cas9-gRNA联合使用，并评价了基因编辑与写入的效果。结果显示，相比于线性单链DNA和双链DNA不足10%的修复成功率，cssDNA的修复成功率高达~45%。同时，cssDNA的细胞毒性也远低于上述另外两种模板。由此可知，cssDNA是一种基因修复的优秀模板材料，能够有效应用于后续研究中，并将应用了此类cssDNA的修复技术称为GATALYST。

随后，研究者将GATALYST应用于在K562细胞，原代T细胞和诱导多能干细胞（iPSC）中，结果显示，GATALYST均能成倍提高其写入成功的效率，并且其对应细胞并未出现明显的分化表型，其细胞功能与活性也未被明显影响。其中，在原代T细胞中，大约有20%的被成功引入了外源功能性CD19，而在人原代NK细胞上也实现了功能性CAR的敲入。同时，GATALYST还与多种核酸酶编辑器兼容，并且兼容多个编辑位点，在多种环境下都具有较低的细胞毒性。由此可知，GATALYST具有明显优于此前开发技术的能力，是一种高效的非病毒基因写入平台。

综上，本文作者设计并构建了病毒非依赖型GATALYST系统，通过低度且高效的方式，为大尺寸基因的修复与写入提供了机会，为基因治疗提供了强大技术支持。