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科学家揭基因“编辑”运行机制:有望“消灭”癌症

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黄志伟正在讲解他的研究成果 王舒 摄

  “CRISPR-Cpf1”一词对全球大众十分陌生,但它却是最新被人类发现的最高效的DNA编辑“神器”。

  简单来说,人类认知DNA的双螺旋结构已经很久了,但如何改变和操控仍然待解;人类疾病中的癌症、艾滋病或遗传疾病都可以在DNA中找到“答案”,而“CRISPR-Cpf1”就是破解“答案”的关键,可它的作用机制一直无法揭示。如今,“CRISPR-Cpf1”的运行机制被中国科学家破译。

  21日,哈尔滨工业大学正式对外发布,该校生命学院教授黄志伟及其团队首次揭示了CRISPR-Cpf1识别crRNA的复合物结构。该成果研究论文《CRISPR-Cpf1结合crRNA的复合物晶体结构》于21日凌晨在国际最顶尖学术刊物《自然》(《Nature》)在线发表。

  “CRISPR-Cpf1”——一种于2015年被美国发现能在人类细胞内进行“基因编辑”的工具,能够对基因进行直接改造;就像文字编辑软件“修改文档”一样来“修正”基因,甚至能让人们更加高效地对基因进行“关闭”、“恢复”和“切换”等精准“手术”,这预示着未来人类通过“基因技术”彻底“消灭”癌症和艾滋病等疾病成为可能。

  “CRISPR-Cpf1在2015年底被美国哈佛大学的科学家发现能够在人类细胞中剪切目的DNA。”黄志伟教授告诉中新网记者,人类、动物、植物,甚至是细菌都有自己的免疫系统,但是如何利用其“编辑”基因,将细菌进入人体进行“感染”的DNA部分“剪切”、“关闭”掉,将人类被感染的、有缺陷的基因替换掉,“CRISPR-Cpf1”可以做到。

  “在2012年,人类科学家发现了‘CRISPR-Cas9’系统,被用于细胞内目的DNA的剪切、激活表达等,它作为科研、医疗等领域的工具,已被风暴般地应用于世界生物、医院实验室。”黄志伟教授告诉记者,“CRISPR-Cpf1”是有别于“CRISPR-Cas9”的另一条基因“剪切”之路,更有利于基因编辑后的修复。

  “我把‘CRISPR-Cpf1’比喻成大自然造就的一枚精确制导导弹,可以打击‘疾病’或‘缺陷’基因。”黄志伟说,此前没有人知道这枚‘弹道’如何运作和如何使用,而我的研究就是揭示Cpf1这颗导弹的“构造图”——运行机制。

  据黄志伟教授介绍,细菌跟人类、动植物一样也具备抵抗病毒的系统,称之为CRISPR系统。他揭示了“CRISPR-Cpf1”识别“CRISPRRNA”以及Cpf1剪切“pre-crRNA”成熟的分子机制,这对认识细菌如何通过CRISPR系统抵抗病毒入侵的分子机理具有十分重要的科学意义。黄志伟还发现,Cpf1并不是此前人们推测的二聚体状态,它本身是一个呈三角形的单体,位于该结构中间是一个带有正电荷的凹槽。这些研究为成功改造Cpf1系统,使之成为特异的、高效的全新基因编辑系统提供了结构基础。

  黄志伟向中新网记者透露,他将尝试运用“CRISPR-Cpf1”对细胞进行研究,例如用艾滋病病毒进行试验。黄志伟向记者解释,如果这一新发现未来得以转化应用,人类就可以对癌症和艾滋病等疾病的基因进行“删除”、“修改”等“编辑”,而“编辑”过的基因可以遗传到下一代,从而让人类彻底“消灭”这些疾病。

  此外,记者追问,基因技术长此发展下去,像“美国队长”类似的漫画英雄能否成为现实?黄志伟给出了“认可”的答案。“所以很多基因领域前沿国家正在制定相关法律,对基因技术的发展进行引导。”

文  中国新闻网 (记者 王舒 史轶夫)

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