近年来最重大的科学进展之一是发现和发展了利用一种称为CRISPR的快速且负担得起的技术对生物进行基因改造的新方法。现在，德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家们说，他们已经发现了一种容易升级的技术，这种技术可以导致更精确的基因编辑，并提高安全性，从而为基因编辑用于人类打开足够安全的大门。
分子生物学家小组发现了确凿的证据，目前在CRISPR基因编辑中使用的最流行的酶，也是第一个被发现的酶Cas9，它比使用较少的CRISPR蛋白（称为Cas12a）具有更低的有效性和精确性。
因为Cas9更可能编辑植物或动物基因组的错误部分，破坏健康功能，所以科学家在8月2日发表在《分子细胞》杂志上的研究报告中提出，转用Cas12a将导致更安全和更有效的基因编辑。
“总体目标是找到自然界给我们的最好的酶，然后使它变得更好，而不是采用第一个通过历史偶然发现的酶，”分子生物科学的助理教授和这项研究的合著者Ilya Finkelstein说。
科学家们已经开始使用CRISPR，这是一种细菌用来抵御病毒的自然机制，来更多地了解人类基因，转基因植物和动物，并发展这种由科幻小说激发的进步，如含有抗脂肪小鼠基因的猪能导致瘦培根。许多人期待CRISPR能够为人类疾病提供新的治疗方法，并作物拥有更高产量或抵抗干旱、害虫。
但是，在自然界发现的CRISPR系统有时会瞄准基因组中的错误位点，这应用于人类可能是灾难性的，例如，未能纠正遗传疾病，而是将健康细胞转化为癌细胞。
以往的研究表明Cas12a比Cas9好，但以前的研究尚不明确。这项最新研究中，研究人员说，通过显示出Cas12a是比Cas9更精确的基因编辑刀结束了案例，并解释原因。
该研究小组由研究生Isabel Strohkendl和Rick Russell带领，发现Cas12a的选择性更强，因为它像维可牢一样与基因组靶结合，而Cas9更像超级胶一样与靶结合。每种酶都携带一串用RNA编写的基因代码，与病毒DNA中写入的一串目标基因代码相匹配。当它碰到一些DNA时，酶开始试图通过形成碱基对来与它结合——从一端开始，然后沿着它的方向工作，测试一侧的每个字母（DNA）与另一侧相邻的字母（RNA）匹配得如何。
对于Cas9，每个碱基对紧密地粘合在一起，就像一块超级胶水。如果每边的前几个字母匹配得很好，那么Cas9已经与DNA强结合了。换言之，Cas9关注基因组目标中的前七或八个字母，但是随着这个过程的继续就关注较少，这意味着它很容易忽略稍后在过程中的失配，这将导致它编辑基因组的错误部分。
对于Cas12a来说，它更像是一个尼龙搭扣。在沿途的每一点联系相对较弱。沿着带子的两边是一个很好的匹配，保持足够长度进行编辑使其联接到一起。这使得它更可能只编辑基因组的预期部分。
“它使碱基对的形成过程更加可逆，”Russell说。“换句话说，Cas12a在继续之前对检查碱基对做得更好。在七或八个字母之后，Cas9停止检查，而Cas12a继续检查到大约18个字母。”
研究人员说，Cas12a还不是完美的，但是研究还建议了进一步改善Cas12a的方法，也许有一天实现创造“精密手术刀”的梦想，一种本质上防错的基因编辑工具。
Finkelstein说：“总体来说Cas12a更好，但是有些地方Cas12a仍然对RNA和基因组靶标之间的某些错配有令人惊讶的盲目。”“因此，我们的工作为进一步改进Cas12a指明了一条清晰的道路。”
研究人员目前将这些见解用于设计改进Cas12a的后续项目。
该研究的其他合作者是研究生James Rybarski和前本科生Fatema Saifuddin。
这项工作得到了国立普通医学科学研究所和韦尔奇基金会的资助。
