科學(xué)家觀察到酶“編輯”DNA過(guò)程 有助糾正遺傳疾病

一個(gè)國(guó)際研究小組在了解酶如何“編輯”基因方面取得了重要進(jìn)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(jié)構(gòu)的過(guò)程。這項(xiàng)發(fā)表于5月美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》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(guī)律間隔的短回文重復(fù)”，在20世紀(jì)80年代才首次為人們所認(rèn)知。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)40%已測(cè)序細(xì)菌和90%已測(cè)序古細(xì)菌的基因組存在這種重復(fù)序列，而且細(xì)菌已開(kāi)發(fā)出一套可以探測(cè)和切斷外來(lái)DNA的免疫策略。其機(jī)理大致如此：CRISPR序列與很多病毒、噬菌體或者質(zhì)粒的DNA序列同源，受到攻擊的細(xì)菌會(huì)以相匹配的DNA為目標(biāo)進(jìn)行自然防御。它們所采用的手段，就是利用一種名為Cas9的內(nèi)切酶，裂解外來(lái)DNA。

基因工程師們意識(shí)到，如果將細(xì)菌的CRISPR-Cas9系統(tǒng)插入其它生物體細(xì)胞，它們也能夠?qū)δ繕?biāo)DNA進(jìn)行切割。就在去年，這一革命性的基因編輯技術(shù)收獲了一系列成果：多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功對(duì)人體、小鼠、斑馬魚、大米、小麥等細(xì)胞中的基因進(jìn)行刪除、添加、激活或抑制等操作，從而證明該技術(shù)的廣泛適用性。

不過(guò)，人類基因組有30億個(gè)堿基對(duì)，要準(zhǔn)確鎖定某個(gè)目標(biāo)DNA，工作量大致相當(dāng)于從一套23卷的《百科全書》中找出一個(gè)拼錯(cuò)的單詞。因此，研究人員為Cas9這把“基因剪刀”找了一個(gè)與目標(biāo)基因匹配的RNA（核糖核酸）作為“導(dǎo)航儀”。在這個(gè)靶向過(guò)程中，Cas9拉開(kāi)DNA鏈，并插入RNA，使之形成了一個(gè)被稱為R環(huán)的特定序列結(jié)構(gòu)。

在最新研究中，英國(guó)布里斯托爾大學(xué)和立陶宛生物技術(shù)研究所的科學(xué)家使用經(jīng)過(guò)特別改裝的顯微鏡對(duì)R環(huán)模型進(jìn)行了檢測(cè)。顯微鏡下的單個(gè)DNA分子被磁場(chǎng)拉伸著，通過(guò)改變DNA受到的扭力，他們能夠直接觀測(cè)由單個(gè)CRISPR酶介導(dǎo)R環(huán)形成的過(guò)程。這使得這個(gè)過(guò)程中以前不為人知的一些步驟畢現(xiàn)無(wú)疑，也讓研究人員能夠探討DNA堿基對(duì)序列對(duì)R環(huán)形成的影響。

布里斯托爾大學(xué)生物化學(xué)系教授馬克·斯茲克澤爾昆說(shuō)：“我們進(jìn)行的單分子實(shí)驗(yàn)加深了有關(guān)DNA序列對(duì)R環(huán)形成的影響的認(rèn)識(shí)。這將有助于未來(lái)合理地重新設(shè)計(jì)CRISPR酶，以提高其精確度，將脫靶效應(yīng)（即在不需要的地方引起基因變異）降至最低。這對(duì)我們最終利用這些工具來(lái)糾正患者的遺傳疾病至關(guān)重要。”endprint