英国MRC医学科学实验室、伦敦帝国理工学院和谢菲尔德大学的研究人员在《自然》杂志上发表研究，揭示DNA的物理扭曲对CRISPR基因编辑工具准确性的重要影响。通过新开发的微小DNA环平台，团队捕捉到CRISPR与DNA之间前所未有的相互作用，为减少编辑错误提供了新见解。
CRISPR-Cas9是一种可编程DNA编辑工具，在遗传病治疗等领域取得突破，但有时会切割非预期序列。MRC医学科学实验室的David Rueda教授表示：“这是一个不完美的工具，可能会引入错误。据估计，每年行业成本在3亿至9亿美元之间，用于分析脱靶效应和重新设计引导RNA。”研究发现DNA分子的形状或拓扑结构，特别是负超螺旋状态，与序列识别同样重要。
Quentin Smith设计了可超螺旋的DNA微环系统，模拟细胞内DNA的扭转应力。他与谢菲尔德大学团队合作，利用高分辨率原子力显微镜确定了DNA环的最佳尺寸。谢菲尔德大学的Alice Pyne教授说：“我们能够在溶液中成像这些微环，观察它们在超螺旋状态下的螺旋结构。这些微环比以前制造的任何东西都要小，推动了显微镜技术的极限。”
团队发现超螺旋DNA更容易发生脱靶编辑。Rueda解释：“相同序列的DNA，在线性形式下不会被Cas9切割，但使其超螺旋后就会被切割。这意味着许多脱靶效应不仅因为序列，还因为DNA是超螺旋的。”研究人员在近原子分辨率下观察到，当Cas9结合超螺旋DNA时，酶改变几何形状准备切割，降低了能量壁垒。
这项研究为开发更精确的CRISPR工具铺平了道路。Quentin认为：“这项研究为生成对拓扑结构敏感的Cas9变体打开了大门。大多数高保真变体使用线性DNA结构设计，但在细胞中DNA以不同程度超螺旋，因此体内脱靶活动可能不同。”Rueda补充：“这项工作使我们更接近真正活跃的结构，为开发新的、更准确的变体奠定了基础。”
研究人员相信，新工具将有助于未来更多发现，不仅针对CRISPR系统，还可能扩展到其他DNA结合蛋白。这项研究汇集了不同背景的团队，展示了跨学科合作在解决基因治疗关键挑战中的重要性。
出版详情：作者：MRC Laboratory of Medical Sciences；标题：《DNA shape explains crucial gene-therapy challenges》；发表于：《Nature》(2026)；期刊信息：《Nature》。
