《自然生物技术》突破性进展借助全球首个DNA引导的CRISPR技术重塑RNA编辑领域

佛罗里达大学的一个工程师团队开发了一种新型的 CRISPR 技术，该技术可以使诊断和治疗更安全、更精确、更经济，同时为控制疾病开辟全新的途径。

这项研究最初在2024 年的预印本中报道，现在于本周正式发表在《自然生物技术》杂志上。该研究建立了世界上第一个使用 DNA 而不是 RNA 来引导 CRISPR 酶到达目标的系统，推翻了长期以来的范式。

要理解为什么这很重要，思考一下细胞是如何工作的会有所帮助。

每个细胞内都含有DNA，它是人体的通用指令手册。但细胞并不直接使用这份原始蓝图。相反，它们会制造DNA的副本，即RNA，RNA携带构建蛋白质和执行各种功能的指令。

“这些 RNA 拷贝就像原始手册的复印件，有时这些拷贝会有错误，”佛罗里达大学化学工程系副教授兼 Shah Rising 教授、该研究的主要作者 Piyush Jain 说。

这些错误可能会造成严重后果。例如，在癌症等疾病中，细胞会产生过多缺陷拷贝或执行错误的指令，导致不受控制的生长或其他问题。

多年来，科学家们一直利用 CRISPR 技术来靶向和切割遗传物质，通常侧重于对 DNA 本身进行永久性改变。而最近，研究人员开发出了靶向 RNA（Jain 称之为“工作副本”）的工具，这提供了一种无需改变底层遗传密码即可进行干预的方法。

但他表示，这些方法都有利弊权衡。

“现有的RNA靶向CRISPR系统依赖于RNA引导序列来寻找靶标，”Jain说。“虽然有效，但它们有时会影响非目标分子，产生脱靶效应。此外，它们成本高昂且稳定性较差。”

新系统采取了不同的方法。

研究团队没有使用RNA作为引导，而是对CRISPR系统进行了改造，使其使用DNA作为引导。DNA天然更稳定，也更容易生产。这使得该系统能够更精确地识别并作用于细胞内的特定RNA分子。

从实际意义上讲，这意味着科学家可以专注于纠正或控制“复印件”，而不会干扰原始蓝图。

“这让我们能够实时修复或调整细胞正在使用的指令，而无需立即改变 DNA，” Jain 说。

这种额外的控制手段对患者安全至关重要。通过首先靶向RNA，科学家或许能够在决定是否需要进行永久性基因编辑之前，减少有害活性，例如致病信号。

研究团队还发现，与现有方法相比，他们的系统大幅减少了意外影响，在某些情况下，精度提高了几个数量级。

除了精度高之外，这项新技术还有可能降低成本。

“DNA引导分子比RNA引导分子便宜得多，也更容易生产，而且稳定性也高得多，”Jain说。“RNA分子会迅速降解，而DNA可以长时间保持完整。”

这些优势结合起来，有望使基于 CRISPR 的工具更易于在研究和临床应用中使用。这项突破性工具能够早期发现 HIV 等病毒，并以 100% 的准确率检测出丙型肝炎，从而简化临床诊断。

该研究的共同第一作者是 Jain 实验室的博士生和博士后研究员：Carlos Orosco、Boyu Huang 和 Santosh Rananaware。

奥罗斯科说：“这个项目需要极大的毅力和创造力，因为我们探索的是一个挑战传统思维的想法。它有力地提醒我们，科学进步往往始于对我们习以为常的观念提出质疑。” 

展望未来，研究人员看到了潜在的应用前景，包括更精准的治疗方法、改进的诊断方法以及研究疾病发展的新途径。 

与此同时，该团队正在探索如何将类似技术应用于器官移植等领域，例如基因编辑工具可以帮助在将供体器官移植到患者体内之前，在体外修复这些器官。

虽然新的 DNA 指导的 CRISPR 系统仍处于早期阶段，但包括美国国立卫生研究院、美国食品药品监督管理局和美国卫生高级研究机构在内的联邦机构都在推动这些工具的开发和转化到临床应用。 

Jain估计，未来几年内可能会出现早期、高度针对性的应用，尤其是在体外治疗细胞或组织方面。更广泛的临床应用则需要进行更多测试并获得监管部门的批准。

就目前而言，这一突破代表着科学家们对 CRISPR 技术本身的看法发生了转变。

经过数十年的研究和数万篇围绕 RNA 引导的 CRISPR 系统发表的研究，这项工作引入了一种指导生物学中最强大的工具之一的全新方法。

“从本质上讲，这是为了让我们更好地控制局面，仅是重写操作手册，还要精确管理这些操作手册的使用方式。”