“基因魔剪”攜手AI提升DNA編輯精度

科技日報記者 張夢然

來自瑞士蘇黎世大學、蘇黎世聯邦理工學院以及比利時根特大學的科學家合作開發出一種創新的基因編輯方法，將先進的“基因魔剪”技術與人工智能（AI）相結合，顯著提升了DNA編輯的精確度。這項技術為更真實地模擬人類疾病機制提供了有力工具，也為未來精準基因療法的發展奠定了基礎。

目前，確保“基因魔剪”在切割目標DNA時不引發意外的基因變異，並維持基因組整體穩定性，是實現安全治療的關鍵。雖然細胞通常能準確修復DNA雙鏈斷裂，但其修復機制尤其是末端連接過程，有時會導致插入、缺失或其他遺傳錯誤，從而帶來潛在風險。

此次，研究團隊開發出一種名為“Pythia”的AI工具。這一工具使科學家能以前所未有的精度“預知”基因編輯的最終結果，尤其是預測細胞在受到CRISPR/Cas9等基因編輯技術切割後，將如何修復其DNA斷裂。基於這一預測能力，團隊又設計出極小的DNA修復模板，這些模板如同“分子膠水”，可引導細胞以高度精確的方式完成基因修改或基因插入。

該技術的主要開發者介紹稱，這些由AI指導設計的修復模板，首先在人類細胞培養體系中進行了驗證，實現了高效且精準的基因編輯和外源基因整合。隨後，團隊進一步在多種生物模型中測試了該方法的有效性，包括非洲爪蟾以及活體小鼠，成功實現了對大腦等非分裂組織中細胞的DNA編輯。

DNA的修復過程並非隨機，而是遵循一定的規律。Pythia正是利用了這些可被識別和學習的修復模式。這項技術不僅可用於修改單個鹼基或插入外源基因，還能用於標記特定蛋白質，例如通過熒光標記，實現對蛋白質在健康與疾病組織中動態行為的直接觀察。而其強大之處更在於其普適性——它適用於各種類型的細胞，包括那些不常分裂的細胞，如神經元，這為治療神經系統疾病等難以靶向的病症帶來了新希望。

研究團隊表示，就像氣象學家使用AI預測天氣一樣，人們現在也能預測細胞對基因干預的響應。這種預測能力對於實現安全、可靠並具有臨牀應用價值的基因編輯至關重要。

總編輯圈點

基因編輯雖好，但也會帶來不可預知的“翻車”風險。有時一“剪刀”下去，細胞在修復DNA斷裂時卻出現基因表達錯誤。此次，研究團隊開發出一種強大的預測型AI工具，能預測細胞遇到基因剪刀後會如何進行修復。基於預測結果，團隊設計出一種DNA修復模板，它能引導細胞進行精確基因修改。這一AI工具大大降低了基因編輯中產生意外錯誤的風險，避免脱靶效應，提升了治療安全性；它還能標記特定蛋白質，為難治性疾病提供治療新方案。