陈根：大片段DNA插入来了，基因编辑迎接新时代

大片段DNA插入是指通过基因编辑技术将较大的DNA序列精确插入生物基因组特定位点，因其突破传统基因编辑范围限制、为基因组修复和精准编辑提供新途径，被《自然》列为2024年值得关注的技术之一。大片段DNA插入的定义与类比大片段DNA插入是通过基因编辑技术，将较大的DNA序列精准插入生物基因组中的特定位点。形象地说，基因编辑技术如同微型基因“剪刀”，可精确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于小范围修改，如同在一段文字中进行小幅修正，相对容易；而大片段DNA插入则像在一篇文章中插入一整段文字，复杂程度大幅增加。大片段DNA插入面临的挑战引导RNA设计难度增加：常用的基因编辑工具如CRISPR - Cas9，通过引导RNA将Cas9蛋白引导到特定基因组位点，由Cas9蛋白负责剪切或修改该位点DNA序列。在小范围修改中，引导RNA只需携带Cas9到目标基因相对短的DNA序列上，操作更容易、更精准。但引入较大DNA片段时，需要更长的引导RNA，而RNA分子存在稳定性和长度限制，这增加了引导RNA的设计难度。Cas9蛋白构造限制：Cas9蛋白负责DNA切割，其活性区域有大小和构造限制。引入较大DNA片段可能需要更复杂的Cas9构造，以确保有效切割和插入，否则难以实现大片段DNA的精准插入。应对挑战的新兴解决方案单链退火蛋白（SSAP）的应用：科学家提出使用单链退火蛋白（SSAP）分子作为解决方案之一。SSAP可看作导航工具，通过失去剪切活性的CRISPR - Cas9系统，能够将大约2kb的DNA序列精准引导插入生物基因组的特定位置，为大片段DNA插入提供了新的技术手段。PrimeRoot技术的开发：中国科学院高彩霞教授领导的研究团队开发了PrimeRoot技术，采用Prime Editing方法。Prime Editing原理如同在文字中进行精确编辑，而非简单剪切和粘贴。该技术使用特殊酶，能按设计方式在基因组中插入新DNA序列，同时确保高度准确性和精确性，为大片段DNA插入提供了更精准的技术支持。大片段DNA插入技术的意义突破传统基因编辑限制：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，拓展了基因编辑的应用范围和可能性。为基因组修复和精准编辑提供途径：为基因组定点修复和精准基因编辑提供了更可行的途径，有助于深入研究人类基因，解决基因相关疾病，在农业领域进行植物基因组工程等方面都具有重要意义。例如在疾病治疗方面，可能为更多疑难病症提供新的治疗方法；在农业领域，可培育出具有更优良性状的农作物品种。