文/陳根
基因編輯技術正在成為新的技術熱點。
就在幾年前，我們可能還覺得基因編輯技術離我們非常遙遠，因為基因編輯技術除了需要克服技術障礙，還需要面對倫理拷問，這也是基因編輯技術不同於其他生物技術的地方。畢竟，一旦應用了基因編輯技術，我們人類自己也不知道會造成什麼結果。
但2023年年末，美國FDA批准了首個基於CRISPR-Cas9的基因編輯療法上市，用於治療鐮狀細胞病，幾天前，FDA進一步批准了該療法用於治療輸血依賴性β-地中海貧血。這被認為是基因編輯在臨床應用中的重大勝利，這也讓基因編輯技術在一次活躍起來，這一次，基因編輯技術似乎離進入我們的生活，並用於更多疾病治療更近了。
1月22日，《自然》釋出了2024年值得關注的七大技術，其中，大片段DNA插入赫然在列。那麼，什麼是c？它又憑什麼被《自然》雜誌列為今年最值得關注的技術之一呢？
所謂大片段DNA插入，其實就是指透過基因編輯技術，將較大的DNA序列精確地插入到生物基因組中的特定位點。想象一下，基因編輯技術就像是一把微型的基因“剪刀”，可以精確地剪下或插入生物體基因組中的特定DNA序列。
過去，基因編輯主要集中在小範圍的修改，類似於在一段文字中進行小幅度的修正，這類小修改相對容易，但是，當我們試圖引入更大片段的DNA時，就像是在一篇文章中插入一整段文字，這就會變得相當複雜。
要知道，通常，使用的基因編輯工具，比如CRISPR-Cas9，是透過引導RNA將Cas9蛋白引導到特定的基因組位點，然後Cas9蛋白負責剪下或修改這個位點的DNA序列。在小範圍修改中，只需引導RNA攜帶Cas9到目標基因的相對短的DNA序列上。這種小範圍的修改更容易、更精準。
然而，當我們試圖引入更大片段的DNA時，就會面臨許多挑戰。首先，引導RNA需要匹配目標DNA序列，但RNA分子有自己的穩定性和長度的限制。較大的DNA片段可能需要更長的引導RNA，這就增加了設計的難度。其次，Cas9蛋白負責DNA的切割，但其活性區域有其大小和構造的限制。引入較大的DNA片段可能需要更復雜的Cas9構造，以確保有效的切割和插入。
面對這些問題，科學家也提出了很多新興的解決方案，其中之一是使用一種稱為單鏈退火蛋白（SSAP）的分子。這個分子可以看作是一種導航工具，透過失去了剪下活性的CRISPR-Cas9系統，能夠將大約2kb的DNA序列精準地引導插入到生物基因組的特定位置。
再比如，由中國科學院的高彩霞教授領導的研究團隊開發了 PrimeRoot，這項技術使用了一種被稱為Prime Editing的方法，Prime Editing的原理就像是在文字中進行精確編輯，而不是簡單地剪下和貼上，這項技術使用一種特殊的酶，可以按照設計的方式在基因組中插入新的DNA序列，同時確保高度的準確性和精確性。
總的來說，大片段DNA插入技術突破了過去基因編輯主要專注於小範圍修改的限制，使科學家能夠更精準地引入更大片段的基因組改變。這為基因組定點修復和精準基因編輯提供了更可行的途徑，對於研究人類基因和解決基因相關疾病，以及在農業領域進行植物基因組工程都具有重要的意義。
