本报讯 (首席记者许琦敏)“生命天书”写错了怎么办?把错误的“字母”擦掉改正。这件自生命诞生以来,都难以想象、达成的事情,最近让科学家初步实现了。北京时间昨天凌晨,英国《自然》杂志报道了美国哈佛大学科学家所发现的一种新型DNA“碱基编辑器”,它可以将DNA碱基的原子重新排列,让它变成活体细胞基因组内的另一种碱基,而且效率比以前大大提升,还几乎无任何不良副作用。
如果双螺旋长链DNA是承载生命遗传信息的“天书”,那么一个个碱基就好像字母,所有的单词、词组、句子,甚至标注,都由它们“拼写”出来。人类的碱基字母一共有四个:A、T、C、G,如果它们在被复制的过程中出错,就会让生命体变得与上一代有所不同,有的会造成疾病,有的则可能产生更适应环境的新变化。一旦这些“错误”被保存下来,日积月累会产生新物种,也可能造成遗传性疾病。
大名鼎鼎的“基因魔剪”CRISP-Cas9既广受欢迎,又饱受质疑,就在于它在编辑基因时比较“粗暴”,为了改一个字母,一刀剪下去,会影响到两条基因链。而且,它的效率比较低,只有5%左右,在把“错字”改对的同时,把其他部位对的“字母”改错的几率也很大,还可能会找错目标(脱靶)。所以,业内外对基因编辑技术一直忧心忡忡。
而这次报道的碱基编辑器,明显补上了“基因魔剪”的这些短板。论文通讯作者、博得研究所的戴维·刘在新闻发布会上介绍,相对于“基因魔剪”,新的编辑器不用将基因链剪断,而是让单个碱基的原子重新排列,变成另一个碱基。“这就好像把字母擦掉重新写个新的字母,而不用撕破书本。”他说,这样修改基因的效率可以提升到约50%,而且不会在基因组内造成随机删除或插入,使基因编辑的安全性大大上升。
这一新技术出现,还使人类的基因编辑技术工具箱变得更加全能,因为它可以将A-T向C-G修改。此前,基因编辑技术只能将C-G向A-T改。中科院神经科学研究所研究员杨辉说,在所有已知的与疾病相关的单碱基对突变中,大多数是从碱基对C-G转换成突变型A-T,因此碱基编辑器有可能恢复大量这一类的突变。目前已知有些遗传疾病,只需要改变相应器官中的一部分细胞,就可以有效治疗病情。
现已表明,碱基编辑器对细菌细胞和人类细胞的DNA均有效。这说明,它在低等生命和高等生命中,都能发挥基因编辑的作用,这将对农业育种、医学治疗等产生深远的影响。香港大学化学系教授李笑宇表示,新技术利用一种实验室培养出来的细菌,使其产生一种酶,用这种酶引导工具来“改写”碱基,由于不像“基因魔剪”引入另外的基因链,所以更加安全。利用这种方法,科学家可以给基因造成更多样、更精确的突变,再从中筛选出更高产、抗病的农产品品种。