科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

新一期《自然·通訊》雜志發(fā)表一項(xiàng)基因組學(xué)重大突破：美國(guó)耶魯大學(xué)團(tuán)隊(duì)成功將在同一細(xì)胞中編輯多個(gè)DNA位點(diǎn)的能力翻了3倍，并有效減少了對(duì)附近基因位點(diǎn)的非預(yù)期突變。新成果使基因編輯的范圍和精度同時(shí)得以擴(kuò)大。如果將DNA比作一部包含30億字符的龐大手稿，那么這項(xiàng)新技術(shù)意味著從此可以同時(shí)在不同章節(jié)中進(jìn)行多處修改，而不僅僅局限于同一頁上的個(gè)別單詞。

盡管現(xiàn)有基因組編輯技術(shù)已能實(shí)現(xiàn)對(duì)人類基因組中約30億個(gè)堿基對(duì)中的單個(gè)堿基進(jìn)行修改或刪除，但在同時(shí)編輯多個(gè)位點(diǎn)方面能力有限，有時(shí)還會(huì)錯(cuò)誤地影響鄰近的DNA序列。

為解決這一問題，研究團(tuán)隊(duì)采用了CRISPR相關(guān)蛋白Cas12（一種與Cas9類似、具備精準(zhǔn)切割DNA能力的“分子剪刀”），并結(jié)合引導(dǎo)RNA（gRNA）系統(tǒng)進(jìn)行定向編輯。之所以選擇Cas12，是因?yàn)樗烊痪哂刑幚矶鄠€(gè)gRNA的能力。為了提升編輯精度，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)gRNA進(jìn)行了優(yōu)化，包括縮短其長(zhǎng)度或調(diào)整RNA堿基組成。

利用這一新系統(tǒng)，團(tuán)隊(duì)不僅顯著提高了可在單個(gè)細(xì)胞中進(jìn)行編輯的數(shù)量，還大幅增強(qiáng)了編輯的精確度。他們成功地在人類細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)了對(duì)15個(gè)不同基因位點(diǎn)的同時(shí)編輯，這一數(shù)字是此前系統(tǒng)的3倍。

該突破不僅有助于深入解析癌癥等復(fù)雜遺傳病的成因，還將助力合成基因組的設(shè)計(jì)與新型治療藥物的開發(fā)。研究團(tuán)隊(duì)表示，這一成果“克服當(dāng)前哺乳動(dòng)物基因組編輯的關(guān)鍵障礙，對(duì)于研究單核苷酸變異相關(guān)疾病以及構(gòu)建合成哺乳動(dòng)物基因組至關(guān)重要”。

這項(xiàng)研究也為未來精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和合成生物學(xué)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

總編輯圈點(diǎn)

基因編輯技術(shù)被形象地稱為“分子剪刀”。有了它，科學(xué)家可以對(duì)特定DNA片段進(jìn)行剪切和插入等操作。這把“分子剪刀”操作簡(jiǎn)單便捷、成本低廉，在生命科學(xué)領(lǐng)域迅速得到推廣應(yīng)用。不過，基因編輯技術(shù)也有其不足之處——編輯效率和精度有待提升。因此，近年來科學(xué)家也在不斷地對(duì)基因編輯技術(shù)進(jìn)行迭代升級(jí)，推動(dòng)其從“分子剪刀”變?yōu)檎嬲摹胺肿邮中g(shù)刀”，從而在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用。