在一系列使用人类癌细胞系的实验中，约翰霍普金斯大学医学院的科学家说，他们已经成功地利用光作为触发因素，使用一种称为CRISPR的分子解剖刀，迅速对基因组材料进行了精确切割，并观察了专门的细胞蛋白如何修复这种细胞。基因被切割的确切位置。

研究人员说，实验结果于6月11日发表在《科学》杂志上，不仅揭示了DNA修复过程的新细节，而且还可能加快并帮助人们理解通常导致衰老和许多癌症的DNA活性。

约翰·霍普金斯大学的博士后研究员Yang Liu博士说：“我们新的基因编辑系统可以在激活后的几秒钟内进行靶向的DNA切割。使用以前的技术，基因编辑可能需要更长的时间，甚至是数小时。”医学研究小组。

近年来，强大的CRISPR工具使科学家能够轻松地更改或“编辑” DNA序列并改变基因功能，从而加快对基因连锁条件的研究步伐。

CRISPR根据细菌中天然存在的基因编辑系统改编而成，它使用称为RNA的遗传物质的小序列作为一种指导，被编码为与细胞内特定的基因组DNA序列匹配并结合。CRISPR分子还包含一种称为Cas9的酶，该酶可作为手术刀切除DNA序列。然后，细胞利用自身的酶和蛋白质修复切片的DNA，通常会添加科学家滑入细胞的DNA序列。

Liu说，无法以快速，精确和“按需”的方式损坏DNA(例如使用CRISPR)阻碍了DNA修复过程的研究。

对于新实验，科学家通过改造一个光敏RNA分子修饰了CRISPR-Cas9复合物，该分子使CRISPR复合物仅在暴露于特定波长的光时才能切割活细胞中的基因组DNA。

约翰·霍普金斯大学医学博士说：“我们技术的优势在于，研究人员可以使CRISPR机器找到目标，而无需过早地切割基因，将其作用保持到暴露于光线下为止。”候选人Roger Zou，也是研究团队的成员。他补充说：“这使研究人员可以更好地控制DNA切割的位置和时间。”

Taekjip Ha博士说，其他研究团队已经对药物和光激活进行了实验，以控制CRISPR时序。，约翰·霍普金斯大学彭博社生物物理学与生物物理化学，生物物理学与生物医学工程杰出教授，以及霍华德·休斯医学研究所的研究员。他的团队的实验有所不同，其方法是改善CRISPR切割的精确时机，并检查蛋白质修复DNA损伤的速度。

在当前的研究中，由约翰·霍普金斯大学医学院生物物理学和生物物理化学助理教授Ha和Bin Bin Ph博士领导的约翰·霍普金斯研究小组将电脉冲传递给人类胚胎肾细胞和骨癌细胞，该细胞在细胞膜上开了孔，并使具有光激活RNA分子的CRISPR复合物滑入细胞中。然后，科学家们等待了12个小时，以使CRISPR复合物与基因组DNA上的目标点结合。

当他们向细胞照射光时，他们追踪了CRISPR复合物进行切割所花费的时间。

研究小组发现，在将光照射到细胞上的30秒内，CRISPR复合物已经切割了超过50%的靶标。

为了进一步检查DNA修复的时间，约翰·霍普金斯大学的科学家追踪了何时参与DNA修复的蛋白质锁存在DNA切口上。他们确定修复蛋白在CRISPR激活后两分钟内开始工作，修复最早在15分钟后完成。

“我们已经证明光激活基因切割非常快，并且在生物医学研究中具有潜在的广泛应用。”哈说。“揭示CRISPR基因切割的时机使我们能够更精确地看到生物学过程。”Ha和Johns Hopkins团队将这种技术称为“按需非常快速的CRISPR”。

Ha还指出，光激活比可以在细胞中广泛扩散的药物提供更好的位置控制。

Johns Hopkins团队还使用高分辨率显微镜来“观察”修复蛋白如何与活细胞中的CRISPR切割位点相互作用。

他们使用这些显微镜和聚焦的光束显示它们可以激活CRISPR切割人类细胞中常见的两个基因拷贝之一。他们说，这种能力为使用CRISPR研究和最终治疗仅与一种异常基因拷贝相关的疾病提供了机会，例如亨廷顿氏病。