中国科学家揭示基因编辑机理 “消灭”癌症艾滋等疾病成为可能

4月21日，哈尔滨工业大学正式对外发布，该校生命学院教授黄志伟及其团队揭示了CRISPR-Cpf1识别crRNA的复合物结构。该成果研究论文《CRISPR-Cpf1结合crRNA的复合物晶体结构》(The cr ys‐t a l s t r uct ur e of Cpf 1 i n compl ex wi t h CRI SPR R N A)于21日凌晨在国际学术刊物《自然》（《Nature》）在线发表。

黄志伟教授课题组成功揭示出CR I SPR -Cpf 1系统的关键工作机理，将人类通过基因工程手段战胜癌症和艾滋病等重大疾病这一构想往前推进了一大步。从理论上阐释了可以更加高效地对目的基因进行“关闭”、“恢复”和“切换”等精准“手术”，这预示着未来人类通过“基因技术”彻底“消灭”癌症和艾滋病等疾病成为可能。

我国专业远程会诊、出国看病、赴美就医和高端体检平台美域健康介绍，“CRISPR-Cpf1”——一种于2015年被美国发现能在人类细胞内进行“基因编辑”的工具，能够对基因进行直接改造；就像文字编辑软件“修改文档”一样来“修正”基因。

　　“在2012年，人类科学家发现了‘CRISPR-Cas9’系统，被用于细胞内目的DNA的剪切、激活表达等，它作为科研、医疗等领域的工具，已被风暴般地应用于世界生物、医院实验室。”黄志伟教授告诉记者，“CRISPR-Cpf1”是有别于“CRISPR-Cas9”的另一条基因“剪切”之路，更有利于基因编辑后的修复。

“我把‘CRISPR-Cpf1’比喻成大自然造就的一枚精确制导导弹，可以打击‘疾病’或‘缺陷’基因。”黄志伟说，此前没有人知道这枚‘弹道’如何运作和如何使用，而我的研究就是揭示Cpf1这颗导弹的“构造图”——运行机制。

黄教授指出，基因编辑目前已被风暴般地应用于全世界的生物、医学实验室。这个工具将大大造福人类，比如有些人吃鸡蛋过敏，有些儿童不能打疫苗，这是因为鸡蛋里编码了使该类人群过敏的蛋白质，利用基因编辑工具将鸡身上这个让人类过敏的基因剪切掉，完全可以避免过敏这件事。再比如蘑菇放一段时间后会褐变，将发生褐变的基因剪切掉，蘑菇放很长时间都不会褐变，始终白白净净的。

　　据黄志伟教授介绍，细菌跟人类、动植物一样也具备抵抗病毒的系统，称之为CRISPR系统。他揭示了“CRISPR-Cpf1”识别“CRISPRRNA”以及Cpf1剪切“pre-crRNA”成熟的分子机制，这对认识细菌如何通过CRISPR系统抵抗病毒入侵的分子机理具有十分重要的科学意义。黄志伟还发现，Cpf1并不是此前人们推测的二聚体状态，它本身是一个呈三角形的单体，位于该结构中间是一个带有正电荷的凹槽。这些研究为成功改造Cpf1系统，使之成为特异的、高效的全新基因编辑系统提供了结构基础。

简单来说，人类认知DNA的双螺旋结构已经很久了，但如何改变和操控仍然待解；人类疾病中的癌症、艾滋病或遗传疾病都可以在DNA中找到“答案”，而“CRISPR-Cpf1”就是破解“答案”的关键，可它的作用机制一直无法揭示。如今，“CRISPR-Cpf1”的运行机制被中国科学家破译。

目前，黄教授主要在进行抗艾滋病的研究，将病毒受体基因剪除，这样人体就不会再感染艾滋病。同理，利用该技术，攻克遗传性疾病及癌症也成为可能。

美域健康披露，黄志伟教授是哈工大2012年从哈佛大学引进的海外人才，是哈工大青年科学家工作室首席教授。2014年1月，黄教授在《自然》杂志发表关于艾滋病病毒毒力因子ⅵf结构的研究成果，为艾滋病病毒的靶向药物设计并终攻克艾滋病打开了一扇新的窗户。

此次，CRI SPR -Cpf 1识别cr R N A以及剪切pr e-cr R NA的机制的研究开始于2015年10月。为收集数据，2016年春节，黄教授只在大年三十晚上离开过实验室几小时。今年2月2日，黄教授向《自然》杂志投稿，很快便收到了回复。此次，黄教授为论文的通讯作者，该课题组的硕士研究生董德、大四本科生任宽和博士生邱小林3位同学为该论文的并列作者。这也是哈工大本科生次在该期刊参与发表研究论文。