原標題:不用「切割」也能精準編輯基因了，華人學者開發全新「堿基編輯器」
摘要：CRISPR 基因編輯技術之外的新工具。
基因編輯技術有了重大進展。Broad 研究所的華人學者 David Liu 教授的團隊開發出了一種「堿基編輯器」，可以讓細胞內 DNA 的一種堿基通過簡單的化學反應，變成另一種堿基，達到精準編輯基因的目的。這給基因編輯技術帶來了另一種編輯工具。該研究被發表在了國際頂級學術期刊《Nature》上。
說到基因編輯技術，如今最常用的是 CRISPR 基因編輯技術，通過處理后的病毒攜帶基因片段，進入細胞內 DNA 替換原有基因。這種技術，需要切割 DNA 才能實現基因編輯。而「堿基編輯器」的突破在于，它不需要切割 DNA，直接在 DNA 上進行化學反應，來精準編輯基因。而此前，CRISPR 基因編輯技術可能會引起隨機插入和刪除等突變，而「堿基編輯器」技術則幾乎避免了這種情況。
下面，我們來了解一下這項技術的原理。
我們在中學課本上就已經知道，DNA 的雙螺旋結構由 4 種堿基組成：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）與鳥嘌呤（G）。其中，A 和 T 配對，C 和 G 配對，組成了人類的遺傳信息。一個問題是，胞嘧啶（C）容易發生脫氨突變，這樣一來，C-G 就變成了 A-T 組合。這種單堿基變異可能會引起病變，高達一半的致病單堿基變異來源于這種突變。而這種突變是可遺傳的，也就是我們所說的遺傳病。
想要根治這種病變，就要從基因層面進行糾正，也就是說要把突變形成的 A-T 組合還原成 C-G 組合。
David Liu 教授的團隊在實驗中觀察到：腺嘌呤（A）在出現脫氨反應后，會變成一種叫做肌苷的分子，而它與鳥嘌呤（G）的結構非常接近，也能成功騙過細胞里的 DNA 聚合酶。簡單的幾輪 DNA 復制后，A-T 組合就能變回 C-G。
合適的脫氨反應能將腺嘌呤轉變為結構類似于鳥嘌呤的肌苷 圖 |《Nature》
然而，科學家們發現，自然界中并沒有能夠在 DNA 中催化腺嘌呤（A）進行脫氨反應的酶。不過，在人體中存在一種叫做 TadA 的酶，能使 RNA 上的腺嘌呤（A）脫氨。David Liu 教授的團隊對 TadA 進行了改造，并將編碼 TadA 的基因引入大腸桿菌內，在大腸桿菌的快速繁衍中突變出了可以催化 DNA 腺嘌呤（A）的能力。
目前，David Liu 教授的團隊已經有了把 C 變成 T，把 A 變成 G，把 T 變成 C，以及把 G 變成 A 的工具。
有了能讓 DAN 中的腺嘌呤（A）脫氨的酶，下一步就要做到精準控制，特異性催化。換句話說，就是只催化那些突變后的堿基，而不是對所有的腺嘌呤（A）進行催化。怎么做呢？
這個時候，David Liu 教授想到了 CRISPR 基因編輯技術，因為 CRISPR-Cas9 系統在基因編輯時可以做到非常精準。不同的是，David Liu 教授的團隊引入了一種無法切割 DNA 的特殊的 CRISPR-Cas9 系統，既可以精準定位，又不會切割 DNA。
堿基編輯器的作用機理 圖 | 《Nature》
經過漫長的 7 代篩選，David Liu 教授的團隊終于開發出了「堿基編輯器」，通過可以催化 DNA 堿基的 TadA 酶，精準編輯 DNA 上的堿基。研究顯示，該技術在人類細胞中的編輯效率超過了 50%。
正如開篇所說，David Liu 教授團隊開發出的這種工具，不僅是基因編輯的另一種新工具，同時也降低了基因治療的風險，在治療單基因突變上可能更為安全有效。CRISPR 基因編輯技術的出現曾讓基因編輯爆發，此次新工具的問世，想必還會引發一系列的連鎖反應。可能，基因編輯的時代真的要來了。