科學家觀察到酶“編輯”DNA過程 有助糾正遺傳疾病

一個國際研究小組在了解酶如何“編輯”基因方面取得了重要進展：觀察到了一類被稱為CRISPR的酶綁定并改變DNA（脫氧核糖核酸）結構的過程。這項發表于5月美國《國家科學院學報》上的研究成果有望為糾正人類的遺傳疾病鋪平道路。

CRISPR意即“成簇的規律間隔的短回文重復”，在20世紀80年代才首次為人們所認知。到目前為止，已發現40%已測序細菌和90%已測序古細菌的基因組存在這種重復序列，而且細菌已開發出一套可以探測和切斷外來DNA的免疫策略。其機理大致如此：CRISPR序列與很多病毒、噬菌體或者質粒的DNA序列同源，受到攻擊的細菌會以相匹配的DNA為目標進行自然防御。它們所采用的手段，就是利用一種名為Cas9的內切酶，裂解外來DNA。

基因工程師們意識到，如果將細菌的CRISPR-Cas9系統插入其它生物體細胞，它們也能夠對目標DNA進行切割。就在去年，這一革命性的基因編輯技術收獲了一系列成果：多個研究團隊已經成功對人體、小鼠、斑馬魚、大米、小麥等細胞中的基因進行刪除、添加、激活或抑制等操作，從而證明該技術的廣泛適用性。

不過，人類基因組有30億個堿基對，要準確鎖定某個目標DNA，工作量大致相當于從一套23卷的《百科全書》中找出一個拼錯的單詞。因此，研究人員為Cas9這把“基因剪刀”找了一個與目標基因匹配的RNA（核糖核酸）作為“導航儀”。在這個靶向過程中，Cas9拉開DNA鏈，并插入RNA，使之形成了一個被稱為R環的特定序列結構。

在最新研究中，英國布里斯托爾大學和立陶宛生物技術研究所的科學家使用經過特別改裝的顯微鏡對R環模型進行了檢測。顯微鏡下的單個DNA分子被磁場拉伸著，通過改變DNA受到的扭力，他們能夠直接觀測由單個CRISPR酶介導R環形成的過程。這使得這個過程中以前不為人知的一些步驟畢現無疑，也讓研究人員能夠探討DNA堿基對序列對R環形成的影響。

布里斯托爾大學生物化學系教授馬克·斯茲克澤爾昆說：“我們進行的單分子實驗加深了有關DNA序列對R環形成的影響的認識。這將有助于未來合理地重新設計CRISPR酶，以提高其精確度，將脫靶效應（即在不需要的地方引起基因變異）降至最低。這對我們最終利用這些工具來糾正患者的遺傳疾病至關重要。”endprint