◎本報記者 張夢然

　　【科技創新世界潮】

　　10年前，我們(men) 看到了現代生物學的突破。

　　一位美國科學家發現，對Cas9蛋白的操縱產(chan) 生了一種幾乎可在科幻電影裏展現的基因技術：CRISPR。把它想象成一把“分子剪刀”，它能夠切割和編輯人類、動物、植物、細菌甚至病毒的DNA。它的潛力巨大、用途廣泛，涵蓋了從(cong) 遺傳(chuan) 性疾病的消除到能夠抵禦氣候變化作物的產(chan) 生。

　　然而，像任何其他新技術一樣，CRISPR也麵臨(lin) 挑戰。主要挑戰之一是怎樣使技術盡可能有效，並確保“剪刀”隻在想要的地方剪裁。

　　描述CRISPR背後的新機製

　　丹麥哥本哈根大學與(yu) 奧胡斯大學的研究人員共同進行的新研究或可解決(jue) 這些問題。

　　研究人員稱，他們(men) 已能描述CRISPR背後的機製。“我們(men) 現在能夠解釋，為(wei) 什麽(me) 一些脫靶，即基因組其他地方的意外切割，比在預定位置的切割更有效。我們(men) 還了解到靶標周圍的不同DNA序列如何影響Cas9蛋白切割DNA的效率。這些知識將為(wei) 更有效、更安全地使用CRISPR鋪平道路。”

　　那麽(me) CRISPR是如何工作的呢？首先，科學家將設計一段引導RNA，然後將其連接到Cas9蛋白上，Cas9蛋白將執行切割DNA的任務。引導RNA尋找匹配的DNA部分。一旦找到正確的位置，Cas9就會(hui) 切斷DNA鏈。現在，科學家能夠將任何合成的DNA片段插入空出的位置。

　　如今，CRISPR在醫學背景下主要用於(yu) 研究基因和藥物在實驗室中的工作原理，但仍未廣泛應用於(yu) 人類治療。然而，從(cong) 長遠來看，科學家們(men) 的目標依然是要使用CRISPR治療人類遺傳(chuan) 疾病。

　　有效脫靶之謎解開

　　在上述的一項新研究中，研究人員試圖確定引導RNA附著在DNA上的最佳方式，使切割盡可能有效。因為(wei) 如果切割不夠有效，科學家也無法編輯DNA。

　　研究發現，當引導RNA和DNA之間的紐帶太弱時，CRISPR就起不了作用，但紐帶太牢固也不行。

　　研究人員於(yu) 是確定了引導RNA和DNA之間的鍵既不太強、也不太弱的間隔，恰到好處使剪刀具有完美的鋒利度。“有趣的是，這一觀察結果也可用來解釋為(wei) 什麽(me) 一些脫靶物顯示出比它們(men) 預期目標更強的CRISPR活性，即為(wei) 什麽(me) ‘剪刀’對一些脫靶比對目標還要鋒利。”

　　該研究還確定了Cas9蛋白的最佳位置，以實現最有效的切割。在Cas9切割DNA之前，蛋白質必須與(yu) DNA鏈的特定部分結合。DNA由4種不同的核苷酸組成：A、C、G和T，Cas9隻能與(yu) 具有兩(liang) 個(ge) 連續G核苷酸的序列結合。

　　團隊確定了多個(ge) 連續的G核苷酸對Cas9的影響。在這種情況下很難擊中目標，因為(wei) 每兩(liang) 個(ge) 連續的G都會(hui) 競爭(zheng) 著與(yu) Cas9結合。

　　這些關(guan) 於(yu) CRISPR如何工作的新知識，將使科學家們(men) 更容易識別Cas9的正確位置，也有助於(yu) 最大限度減少副作用的發生。

　　與(yu) 此同時，未來也有望能精準預測切割、改進靶點編輯並消除脫靶，因為(wei) 脫靶耗費大量資源，正是這一點使新藥的開發複雜化。

　　脫靶也可能是有害的

　　團隊的另一項研究側(ce) 重於(yu) 脫靶。

　　為(wei) 了對CRISPR實驗進行質量控製，科學家通常會(hui) 選擇少量的計算機預測的脫靶進行測試。然而，使用新技術，他們(men) 能夠測試更多的脫靶，這將幫助研發出副作用更少的新藥。

　　實驗中，研究人員測試了110個(ge) CRISPR引導RNA的8000個(ge) 潛在脫靶。他們(men) 發現，在8000個(ge) 潛在的目標中，約有10%實際上是脫靶的。新發現的脫靶目標比使用現有方法要多得多。

　　他們(men) 還發現這些脫靶基因中有37個(ge) 位於(yu) 癌症相關(guan) 基因中，這些基因的意外切割帶來的副作用，甚至可能導致癌症。

　　因此，人們(men) 必須更多地識別這種脫靶。

　　研究人員稱，現有的基因編輯研究往往缺乏完整的工具和分析，無法證明這些研究中沒有脫靶效應。新方法可以更好地對此進行檢查，將在未來產(chan) 生重大影響。

　　他們(men) 表示，在過去的10年裏，人們(men) 在編輯基因組方麵邁出了一大步。現在，人們(men) 正在使該技術變得更好、更安全、更有效。新方法也能支持綠色轉型，因為(wei) 基因組修飾，例如在生產(chan) 中使用的細胞，可以使資源利用更具成本效益。

　　這兩(liang) 項研究發表在《自然·通訊》上。