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用分子剪刀编辑生命之书

2018-12-23 10:24:08 • 来源：

生命的代码用 A(腺嘌呤)，T(胸腺嘧啶)，C(胞嘧啶)和G(鸟嘌呤)编写，字母代表脱氧核糖核酸(DNA)中四个核苷酸，指导细胞从细胞核中作用。这些字母在两条链中配对的30亿个拼写出人类基因组序列，代码科学家每天都在研究寻找疾病的原因。

用分子剪刀编辑生命之书

由于正在进行的研究，我们对DNA代码了解很多。我们可以阅读每个人的独特序列，并分析人们之间的差异导致疾病。但是，编辑这本生命书并将一个人的“坏DNA”改为“良好的DNA”来治疗疾病的能力已被证明是困难的。

2月份，两个小组报告了通过切断原始DNA片段并粘贴在实验室培养的人类细胞中的新字母片段来实现这一目标的重大进展。Le Cong和Ann Ran，哈佛大学的研究生，在张峰博士的实验室工作，与麻省理工学院，北京清华大学，哥伦比亚大学和洛克菲勒大学的合作者一起工作。博士后研究员Prashant Mali博士和研究生Luhan Yang都在George Church博士实验室攻读博士学位。在哈佛医学院(其研究由NHGRI基因组科学卓越中心(CEGS)资助)，与波士顿大学的同事一起工作。两组都描述了用一种称为Cas9核酸酶的分子“剪刀”切割细胞中的DNA。

这些研究人员使用另一种可以与DNA结合的核酸核糖核酸(RNA)将核酸酶剪刀导向数十亿个DNA字母中的特定位置。附着在剪刀上的短链RNA搜索DNA以寻找它们的匹配，然后将匹配的DNA紧密结合，使剪刀切割目标DNA。这些短RNA引导序列旨在寻找数十亿字母中的特定DNA片段。使用两个RNA导向器可以切除靶标之间的DNA切片。Mali博士及其同事使用计算机预测了基因组中超过190,000个可以使用该系统进行靶向的位点。

切割DNA后，可以用两种方法之一修复。错配的末端可以与它们自身重组(这被称为非同源末端连接或NHEJ)，或者由科学家设计的新DNA区段可以插入到原始区段被去除的相同位置(称为同源重组或HR)。NHEJ可引起导致癌症等疾病的变化，而HR则更安全，更准确。如果仅切割一条DNA链而不是两条链，则DNA比更容易出错的NHEJ更可能通过更安全的HR机制进行修复。两组都将Cas9核酸酶剪刀工具改为仅仅“切割”一条DNA链，而不是切断两条链。这种Cas9'切口酶'允许科学家在设计的更换部分中粘贴更少的错误。

科学家在化脓性链球菌(Streptococcus pyogenes)中发现了Cas9核酸酶剪刀，这种细菌因引起发烧和疼痛的“链球菌”喉咙而闻名。在低细菌中发现这种令人兴奋的工具表明，通过研究其他物种的基本生物学机制，人类健康的进步是多么重要。

这些科学家只在实验室培养的人体细胞中证明了DNA编辑，而不是活人。今天，编辑细胞中的基因可以帮助科学家研究疾病的实验室模型，以了解疾病发生的原因并测试新疗法。但进一步的进展可能并不遥远。例如，该技术可以应用于植物中以编辑作物的DNA以抵抗感染并产生更高的产量。最终，在人类中，DNA编辑可以修复导致出生时囊性纤维化或镰状细胞性贫血等疾病的坏基因。DNA编辑还可以修复在生命后期变坏并导致癌症的基因。如果我们能够利用Cas9的能力编辑人类基因，我们应该在哪里停止?正如着名科幻作家HG威尔斯所说，“

就目前而言，这一激动人心的发现代表着我们将我们从被动读者转移到我们生命之书的主动编辑的道路上取得的重大进展。

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