一、前言
基因編輯(Gene Editing)技術可以在基因體特定位點進行DNA切割、修復或修改讓人們可以改變遺傳訊息來矯正突變、調控基因功能或創造新的生物特性。

基因編輯技術的發展歷程從早期的ZFNs (Zinc-finger nucleases，鋅指核酸酶)與TALENs (Transcription activator-like effector nucleases，類轉錄活化因子核酸酶)，逐步進展至CRISPR-Cas9系統，使基因修改變得更高效、成本更低且操作更容易。近年來，新興編輯技術如鹼基編輯(Base Editing)、引導編輯(Prime Editing)、表觀基因組編輯(Epigenome Editing)、RNA標靶編輯與DNA寫作(Gene Writing)，能降低脫靶風險並提高精準度，擴大了醫療與生技應用的可能性。

人工智慧(AI)與機器學習(ML)是推動基因編輯的重要技術，AI能協助設計更精準的引導核糖核酸(Guide RNA，gRNA)、預測脫靶效應，並透過整合多組學(Omics)資料來協助病患個人化療法的開發。

二、市場驅動力
(一)基因編輯發展成長的因素
1.AI工具在基因編輯中的應用整合日益完整。
2.Epigenome Editing技術的發展，提供可逆與安全性更高的基因編輯方法。
3.在人體與農業或環境科學中的基因編輯應用相關規範逐漸清晰。
4.遞送技術(如病毒及非病毒載體)的發展。

(二)基因編輯發展限制因素
1.新興技術需要高度專業的基礎設施、遞送技術與分析工具。
2.高度專業與高成本導致編輯技術在中低收入國家的發展受限。
3.長期的監管框架不完整，導致除了CRISPR以外的編輯技術發展緩慢。
4.高昂的研發成本讓投資者謹慎，導致新創公司資金不穩定。

三、DNA重寫技術新進展
(一)Prime Editing
1.技術原理
Prime Editing透過將pegRNA 與融合蛋白轉染進細胞來進行。融合蛋白會在目標DNA上製造單股切口，並透過pegRNA將單股目標序列編輯進DNA，再利用細胞本身的修補機制將原有的鹼基修復成與目標序列互補，並完成編輯。

2.技術優勢
Prime Editing能在不需要提供DNA模板，也不造成雙股DNA斷裂(Double strand break, DSB)的情況下進行精準的鹼基轉換、刪除與插入，有較低的脫靶事件。在體細胞與生殖細胞均能應用；另外，該技術也能應用於農業改良中，與其他編輯技術共同使用能達到多層次的基因編輯效果。

3.挑戰與未來應用
現階段面臨的挑戰是，在體內遞送較大的編輯元件仍是挑戰、pegRNA的設計大大影響的編輯的成功與否、編輯大型序列仍有困難。

研究人員正開發更高效的編輯平台，包括PEmax變體、Twin Prime Editing，或是更優秀的pegRNA結構等來達到更有效的基因編輯結果。另外，提高Prime Editing的編輯範圍也是目前努力的方向，Prime Medicine公司與Broad Institute正分別開發能進行更大基因規模的編輯方法設計。而利用整合式的遞送模式能提高編輯元件被運送的目標細胞的效率，脂質奈米顆粒(Lipid Nanoparticle, LNP) mRNA與修飾的pegRNA已成功在體內以脂質奈米粒子共同遞送，未來也將更進一步提升遞送效率。

(二)Bridge RNA
1.技術原理
Bridge RNA來自細菌的跳躍基因IS110，Bridge RNA有兩個不同的環，一個定位插入位點的目標環(Target Loop)，與一個附著於DNA序列的供體環(Donor loop)。重組酶蛋白可利用這些RNA環將DNA序列順利結合，形成一座”橋”。與CRISPR不同，Bridge Editing能在單一步驟中完成DNA的切割、重組與重新連結，並保留DNA的完整性。

2.技術優勢
此技術能編輯大片段DNA；另外，它不需仰賴細胞的修復機制，因此提升編輯的正確性與效率。

3.挑戰與未來應用
雖然Bridge RNA編輯目前僅在體外與細菌中測試，研究人員希望能將其調整用於人類細胞，以提高準確性與有效性。潛在應用包括移除與亨丁頓舞蹈症及漸凍人症相關的重複序列、修復遺傳突變，以及導入基因進行細胞治療。

相關新創公司如Stylus Medicine也暗示未來治療性開發的可能性。若證實有效，此方法可能比CRISPR更具彈性且更安全，適合用於大規模基因體重寫。

(三)Epigenome Editing
1.技術原理
Epigenome Editing透過遞送可程式化的調控因子，來添加或移除DNA甲基化及組蛋白標記，或招募轉錄因子到特定位點，在不改變DNA序列的情況下調控基因表現。其可利用mRNA、核糖核蛋白(Ribonucleoprotein, RNPs)、LNPs或相關病毒(Adeno-associated Viruses, AAV)等載體進行暫時性的遞送，但能表現出持久的表觀基因變化。

2.技術優勢
此技術不依賴DSB，因而風險更低、可逆性更高，安全性優於傳統核酸酶型基因編輯。利用暫時性mRNA或LNP遞送可降低脫靶與免疫反應；dCas9 Epigenome Editing可實現持久、可遺傳的基因沉默或活化；平台級調控能精準調整基因網絡，而非單一基因開關。整體而言，Epigenome Editing提供更細緻、精準且較為安全的基因調控方式。

3.挑戰與未來應用
Epigenome Editing依賴複雜的遞送方式，目前的LNP或AAV雖能進體內，但難以觸達肝臟以外的深層組織，促使公司著手開發病毒樣顆粒與其他遞送載體。技術也需克服表觀變化的精準定位問題，並確保不產生非預期的廣泛染色質重塑。

(四)Base Editing
1.技術原理
Base Editing是一種不需造成雙股DNA斷裂的精準基因編輯方式，使用去氨酶(Deaminase)與催化失能的Cas9融合複合體，可在不切斷DNA主鏈的情況下直接將一個鹼基轉換為另一個。此外，RNA的Base Editing技術則針對mRNA「錯字」進行修正，提供短暫且可逆的基因調控方式，不會造成永久DNA改變。技術也伴隨高精準編輯元件與擴展相鄰間隔原基序(Protospacer Adjacent Motif, PAM)的開發，可鎖定更大基因體區域並降低脫靶風險。體內遞送方面，AAV與LNP是常見載體，可將編輯元件有效送達肝臟、心臟等特定組織。

2.技術優勢
Base Editing能直接改變DNA單一核苷酸，避免傳統CRISPR切割DNA所帶來的大型突變與染色體重排；精準度高、脫靶效應較低。臨床上可用於治療如鐮刀型貧血、CPS1缺乏症等單基因疾病；研究與農業領域則可用於改善作物抗性。RNA的Base Editing更具安全性，適合非分裂細胞與需暫時調控的情況。高精準編輯元件也進一步提升效率與安全性，使技術更具廣泛應用潛力。

3.挑戰與未來應用
Base Editing仍可能造成DNA或RNA的脫靶變化，存在安全疑慮；編輯窗口與序列限制縮小可編輯突變的範圍。體內遞送仍具挑戰，尤其是需攜帶較大型編輯元件時，LNP、AAV等載體仍需改良以提高精準度、效率與組織選擇性。未來重點將放在：提升遞送效率、擴大可編輯序列、降低脫靶、並推動更多臨床轉譯，使Base Editing成為更安全、普及、可調控的基因醫療技術。

(五)Gene Writing
1.技術原理
Gene Writing利用RNA模板、轉座子(Transposon)整合DNA片段，可將全新的DNA序列精準、持久且受控地插入基因體，通常僅需單鏈切口或完全無切割，避免傳統CRISPR造成的雙股DNA斷裂。

2.技術優勢
該技術能整合大型且完整的基因，另外，一次性、永久性的效果使其有潛力用於遺傳疾病的治療，使用單鍊切口或無切割方式來編輯DNA降低雙股DNA斷裂的發生，也降低染色體損傷與脫靶事件的發生。

3.挑戰與未來應用
儘管具備潛力，遞送機制仍是Gene Writing最大障礙，如何將Gene Writing工具安全、有效地送入目標細胞仍未完全解決。且目前安全性與有效性問題還需臨床證據驗證，且作為新興領域，在法規面還未成熟，可能為相關企業的發展造成阻力。

未來解決這些挑戰後，該技術將能擴大在再生醫學、農業與合成生物學等領域。

四、基因編輯中的AI與機器學習
基因編輯是一項高度複雜的技術，需要考量到序列設計、脫靶控制、酶的選擇以及大量的生物數據整合分析。AI能夠處理遠超過人類所能處理的資訊量，透過模型預測、大型語言模型等協助研究者設計實驗，能降低風險並提升成功率，使基因編輯變得更安全。

(一)AI於基因編輯的核心應用包括
1.gRNA設計：AI預測gRNA的效率與準確度，以進行精準編輯。
2.脫靶預測：AI模型透過預測脫靶位點來降低非預期DNA編輯。
3.酵素工程：AI設計新的Cas蛋白與鹼基編輯元件，使其具更佳表現。
4.多源資料整合 : AI結合基因體學、轉錄體學與蛋白質體學資料以協助編輯。
5.實驗自動化 : AI支援機器人技術與高通量基因編輯實驗。

(二)AI於基因編輯的創新
許多公司都有開發出自己的AI模型來協助不同任務
1.DeepMind公司的AlphaGenome可一次分析百萬鹼基對，預測基因表達、染色質可及性、剪接事件與3D基因體結構。
2.Profluent Bio公司的OpenCRISPR-1，能大大降低脫靶率。
3.CRISPR-GPT能設計整套編輯流程，包括gRNA選擇、載體與遞送方法、驗證策略等，使無經驗者也能進行高品質的CRISPR實驗。
4.Lyra能快速完成蛋白質、RNA結構與CRISPR guide的設計，使研究速度大幅提升。
5.Pythia能預測細胞如何修復CRISPR裂痕，提升編輯精度。

五、創新案例
(一)Prime Medicine (美國)
Prime Medicine公司開發的Prime Editing技術，是一種精準的「搜尋並替換」DNA編輯技術，不須經過DSB，比傳統的CRISPR技術更安全。該公司開發的PM359療法用於治療遺傳疾病慢性肉芽腫病，能提高免疫功能66%，並無明顯副作用。另外，該公司也正在研發囊腫性纖維化及α1-抗胰蛋白酶缺乏症等遺傳疾病的療法。

(二)Verve Therapeutics (美國)
Verve Therapeutics公司正在開發體內Base Editing技術，用於單劑量基因療法，以治療心血管疾病。該公司開發的VERVE 102在臨床試驗中，可永久去除PCSK9基因，並降低低密度蛋白質膽固醇69%，且無明顯副作用。此外，該公司正開發的VERVE-201及VERVE-301分別是針對ANGPTL3及LPA基因，均用於調節血脂。

(三)Cellectis (法國)
Cellectis公司利用環狀和線性單股DNA模板，結合非病毒載體遞送方法，在基於TALEN的基因編輯領域取得顯著進展，該公司還開發了TALEB技術，能夠實現精確的C到T鹼基編輯，且脫靶效應極低，在修復與多種遺傳疾病相關的點突變方面具有巨大潛力。

六、成長機會
(一)基因編輯中的AI驅動導引設計與脫靶預測
透過分析大量基因體資料與運用深度學習模型，gRNA的設計效率與準確度大大提升，並能更有效的預測脫靶風險。這些AI平台能整合結構特徵、表觀遺傳資訊與基因序列，降低不良突變並提升體內治療的安全性，同時減少反覆試驗，加速藥物開發。在CRISPR、Base Editing及Prime Editing快速發展的背景下，AI的導入促成功能基因體學與精準醫療的加速發展。為推動AI在基因編輯的實際應用，企業需與資訊生物學家與生技公司合作，共同開發能進行多基因體分析與即時預測的工具

(二)次世代基因編輯工具
次世代基因編輯工具如Prime Editing與Bridge RNA突破了傳統CRISPR的限制，包括脫靶效應以及依賴雙股DNA斷裂，造成的染色體不穩定。Prime Editing以Cas9 Nickase結合反轉錄酶與pegRNA，能在不造成雙股DNA斷裂的情況下進行精準的插入、刪除與鹼基替換；而Bridge RNA則透過延伸RNA結構提升靶向精準度並降低脫靶效應，使更多以往無法編輯的基因區域得以被修正。這些技術進一步推動了基因編輯在癌症、再生醫學與罕見遺傳疾病中的應用。未來發展需結合可擴展的LNP遞送系統，並透過模組化與AI驅動的設計工具最佳化pegRNA 與Bridge RNA架構。

(三)大型DNA整合與重寫
能將大型基因、功能基因體區段或完整治療基因精準插入或替換，比傳統CRISPR更適合大規模基因體工程。此類平台多使用轉座子、整合酶與重組酶，以達成位點特異、可預測且長期穩定的基因整合，對細胞治療、複雜合成生物學設計與遺傳疾病的完整基因替換尤其關鍵。為推動臨床應用，公司需結合可擴展的遞送系統並與研究機構合作，透過建立標準化流程、導入整合酶與轉座子平台，以及與學術機構或政府組織合作，可加速Gene Writing技術的轉譯與治療落地。這些創新正推動精準醫療與次世代基因療法的發展。