文/陈根

基因编辑技术正在成为新的技术热点。

就在几年前，我们可能还觉得基因编辑技术离我们非常遥远，因为基因编辑技术除了需要克服技术障碍，还需要面对伦理拷问，这也是基因编辑技术不同于其他生物技术的地方。毕竟，一旦应用了基因编辑技术，我们人类自己也不知道会造成什么结果。

但2023年年末，美国FDA批准了首个基于CRISPR-Cas9的基因编辑疗法上市，用于治疗镰状细胞病，几天前，FDA进一步批准了该疗法用于治疗输血依赖性β-地中海贫血。这被认为是基因编辑在临床应用中的重大胜利，这也让基因编辑技术在一次活跃起来，这一次，基因编辑技术似乎离进入我们的生活，并用于更多疾病治疗更近了。

1月22日，《自然》发布了2024年值得关注的七大技术，其中，大片段DNA插入赫然在列。那么，什么是c？它又凭什么被《自然》杂志列为今年最值得关注的技术之一呢？

所谓大片段DNA插入，其实就是指通过基因编辑技术，将较大的DNA序列精确地插入到生物基因组中的特定位点。想象一下，基因编辑技术就像是一把微型的基因“剪刀”，可以精确地剪下或插入生物体基因组中的特定DNA序列。

过去，基因编辑主要集中在小范围的修改，类似于在一段文字中进行小幅度的修正，这类小修改相对容易，但是，当我们试图引入更大片段的DNA时，就像是在一篇文章中插入一整段文字，这就会变得相当复杂。

要知道，通常，使用的基因编辑工具，比如CRISPR-Cas9，是通过引导RNA将Cas9蛋白引导到特定的基因组位点，然后Cas9蛋白负责剪切或修改这个位点的DNA序列。在小范围修改中，只需引导RNA携带Cas9到目标基因的相对短的DNA序列上。这种小范围的修改更容易、更精准。

然而，当我们试图引入更大片段的DNA时，就会面临许多挑战。首先，引导RNA需要匹配目标DNA序列，但RNA分子有自己的稳定性和长度的限制。较大的DNA片段可能需要更长的引导RNA，这就增加了设计的难度。其次，Cas9蛋白负责DNA的切割，但其活性区域有其大小和构造的限制。引入较大的DNA片段可能需要更复杂的Cas9构造，以确保有效的切割和插入。

面对这些问题，科学家也提出了很多新兴的解决方案，其中之一是使用一种称为单链退火蛋白（SSAP）的分子。这个分子可以看作是一种导航工具，通过失去了剪切活性的CRISPR-Cas9系统，能够将大约2kb的DNA序列精准地引导插入到生物基因组的特定位置。

再比如，由中国科学院的高彩霞教授领导的研究团队开发了 PrimeRoot，这项技术使用了一种被称为Prime Editing的方法，Prime Editing的原理就像是在文字中进行精确编辑，而不是简单地剪切和粘贴，这项技术使用一种特殊的酶，可以按照设计的方式在基因组中插入新的DNA序列，同时确保高度的准确性和精确性。

总的来说，大片段DNA插入技术突破了过去基因编辑主要专注于小范围修改的限制，使科学家能够更精准地引入更大片段的基因组改变。这为基因组定点修复和精准基因编辑提供了更可行的途径，对于研究人类基因和解决基因相关疾病，以及在农业领域进行植物基因组工程都具有重要的意义。